PROPUESTA PARA EL DISEÑO DE UN BIODIGESTOR PARA EL APROVECHAMIENTO DE LA MATERIA ORGÁNICA GENERADA EN LOS FRIGORÍFICOS DE BOGOTÁ

HERNÁN EUCLÍDES BOLÍVAR FÚQUENE ELKIN YESID RAMÍREZ HERNÁNDEZ

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD TECNOLÓGICA INGENIERÍA DE PRODUCCIÓN BOGOTÁ 2012

  PROPUESTA PARA EL DISEÑO DE UN BIODIGESTOR PARA EL APROVECHAMIENTO DE LA MATERIA ORGÁNICA GENERADA EN LOS FRIGORÍFICOS DE BOGOTÁ

HERNÁN EUCLÍDES BOLÍVAR FÚQUENE ELKIN YESID RAMÍREZ HERNÁNDEZ

PROYECTO DE GRADO PARA OPTAR AL TÍTULO DE: INGENIERO DE PRODUCCIÓN

DIRECTORA: LIC. NANCY MADRID SOTO

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD TECNOLÓGICA INGENIERÍA DE PRODUCCIÓN BOGOTÁ 2012

 

Nota de aceptación ____________________________________ ____________________________________ ____________________________________ ____________________________________ ____________________________________ ____________________________________ ____________________________________

____________________________________ Firma del director (a) Lic. Nancy Esperanza Madrid Soto

____________________________________ Firma del jurado Ing. Mónica Suarez

Bogotá D.C., 12 de Junio de 2012 

 

A Dios por darnos la sabiduría y perseverancia para ser mejores personas cada día A nuestros padres por su esfuerzo, dedicación y apoyo incondicional A la Universidad, por la formación integral como Ingeniero

  AGRADECIMIENTOS Los autores presentan sus agradecimientos a: La licenciada Nancy Madrid Soto quien con su constante colaboración y asesoría nos impulsó para el desarrollo exitoso de este proyecto. A la Universidad Distrital Francisco José de Caldas por la formación académica ofrecida durante estos años. En general a todas las personas que con su apoyo nos motivaron para salir adelante con nuestra formación y cierre de una nueva etapa en nuestras vidas.

  CONTENIDO Pág. RESUMEN INTRODUCCIÓN

3

1. GENERALIDADES

5

1.1 DEFINICIÓN DEL PROBLEMA

5

1.1.1 Descripción del problema

5

1.1.2 Formulación del problema

5

1.2 OBJETIVOS

6

1.2.1 Objetivo general

6

1.2.2 Objetivos específicos

6

1.3 ALCANCE

6

1.4 JUSTIFICACIÓN

6

1.5 METODOLOGÍA

7

1.5.1 Fase 1

7

1.5.2 Fase 2

8

1.5.3 Fase 3

8

1.5.4 Fase 4

8

1.5.5 Fase 5

8

  1.5.6 Fase 6

8

1.5.7 Fase 7

8

2. MARCO REFERENCIAL

9

2.1 MARCO DE ANTECEDENTES

9

2.2 MARCO TEÓRICO

10

2.2.1 Descripción del proceso productivo

10

2.2.2 Residuos generados en el proceso

12

2.2.3 Frigoríficos en Colombia

16

2.2.4 Frigoríficos de Bogotá

17

2.3 MARCO CONCEPTUAL

20

2.3.1 Biodigestor

20

2.3.2 Clasificación de los digestores

20

2.3.2.1 Régimen de carga

21

2.3.2.2 Según su método de construcción y dirección de flujo

21

2.3.3 Componentes de los digestores

23

2.3.3.1 Tanque de carga o de recolección

23

2.3.3.2 Tanque de descarga o de efluente

23

2.3.3.3 Agitador

23

2.3.3.4 Reservorio de gas

23

2.3.3.5 Tanque digestor

23

 

2.3.4 Digestión anaerobia

24

2.3.4.1 Fases no metanogénica

25

2.3.4.2 Fases metanogénica

25

2.3.5 Factores que influyen digestión anaerobia

26

2.3.5.1 Temperatura

27

2.3.5.2 pH

28

2.3.5.3 Tipo de materia prima

28

2.3.5.4 Tiempo de retención

29

2.3.5.5 Nutrientes y relación carbono nitrógeno

30

2.3.6 Biogás

30

2.3.7 Bioabono

31

2.4 MARCO NORMATIVO

32

3. CARACTERIZACIÓN Y CUANTIFICACIÓN DEL ESTIÉRCOL

36

3.1 CANTIDAD DE ESTIÉRCOL

37

3.2 PARÁMETROS FÍSICO QUÍMICOS

38

4. DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL BIODIGESTOR PROPUESTO

41

4.1 DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL BIODIGESTOR PARA EL MANEJO DE LAS EXCRETAS DE LOS VACUNOS

41

4.1.1 Cálculo de la cantidad de estiércol

41

  4.1.2 Cálculo tanque de recolección

43

4.1.3 Conducción de la mezcla

44

4.1.4 Volumen del biodigestor

44

4.1.5 Producción de biogás

45

4.1.6 Producción de bioabono

45

4.1.7 Conducción del biogás

45

4.1.8 Tanque del efluente

46

4.1.9 Intercambiador de calor

46

4.2 DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL BIODIGESTOR PARA EL MANEJO DE LAS EXCRETAS PORCINAS

48

4.2.1 Cálculo de la cantidad de estiércol

48

4.2.2 Temperatura

50

4.2.3 Tiempo de retención

50

4.2.4 Volumen del tanque de recolección

50

4.2.5 Volumen del biodigestor

51

4.2.6 Producción de biogás

51

4.2.7 Volumen del tanque del efluente

52

4.2.8 Producción de bioabono

53

4.3 MATERIALES PARA LA CONSTRUCCIÓN DEL BIODIGESTOR

53

4.4 GUÍA METODOLÓGICA PARA LA CONSTRUCCIÓN DE UN BIODIGESTOR

54

  4.4.1 Construcción de la fosa

54

4.4.2 Preparación de la bolsa para el biodigestor

55

4.4.3 Válvula de salida del biogás

56

4.4.4 Instalación del plástico en la zanja

57

4.4.5 Instalación de la válvula de seguridad

58

4.4.6 Instalación de la trampa de agua

58

4.4.7 Instalación del filtro de acido sulfhídrico

59

4.4.8 Bolsa reservorio

59

4.4.9 Conducción de biogás

59

4.5 GUÍA METODOLÓGICA PARA EL CUIDADO MANEJO Y MANTENIMIENTO DE UN BIODIGESTOR

60

4.6 VENTAJAS Y DESVENTAJAS

61

4.7 COSTOS DE UN BIODIGESTOR

62

5. USO Y APROVECHAMIENTO DEL BIOGÁS EN EL PROCESO PRODUCTIVO

65

5.1 DISPOSICIÓN DEL BIOGÁS

65

5.2 COSTOS ASOCIADOS AL MONTAJE DE UN BIODIGESTOR TIPO CIPAV

67

5.2.1 Costos directos

67

5.2.2 Costos indirectos

68

5.2.3 Costo total

68

  5.2.4 Costos y gastos mensuales de la implementación

68

5.3 COSTOS ASOCIADOS AL MONTAJE DE UN BIODIGESTOR TIPO PLUG FLOW

69

5.3.1 Costos y gastos mensuales de la operación

70

5.4. ANÁLISIS DEL RETORNO DE LA INVERSIÓN

71

5.4.1 Beneficios cuantitativos respecto a la implementación

71

5.4.2 Flujo de caja

78

6. CONCLUSIONES

82

7. RECOMENDACIONES

83

BIBLIOGRAFÍA

85

ANEXOS

  LISTA DE TABLAS Pág. Tabla 1. Clasificación de las plantas de beneficio

12

Tabla 2. Parámetros físico-químicos de las aguas residuales

13

Tabla 3. Ganado vacuno sacrificado en las principales ciudades

19

Tabla 4. Porcinos sacrificados por departamento

20

Tabla 5. Relación de parámetros de un digestor

26

Tabla 6. Rangos de temperatura para digestión

27

Tabla 7. Rendimiento de gas con materiales a diferente temperatura

28

Tabla 8. Potencial de producción de metano

29

Tabla 9. Componentes principales del biogás

31

Tabla 10. Producción de materia fecal y orina como proporción de peso vivo

38

Tabla 11. Concentración media de algunos parámetros de los purines de cerdo

39

Tabla 12. Concentración media de algunos parámetros de los purines de vacuno

39

Tabla 13. Dimensiones del biodigestor plástico tipo CIPAV

48

Tabla 14. Costos de materiales para la elaboración de un biodigestor tipo CIPAV

62

Tabla 15. Costo materiales biodigestor tipo Plug Flow

64

Tabla 16. Equipos necesarios para una planta de beneficio clase I

65

  Tabla 17. Costo de materiales para el invernadero

68

Tabla 18. Costos directos para el montaje del biodigestor tipo CIPAV

68

Tabla 19. Costos directos e indirectos de la implementación

68

Tabla 20. Total de costos directos

69

Tabla 21. Costo total del montaje

70

Tabla 22. IPC Proyectado

71

Tabla 23. Variación del salario mínimo

72

Tabla 24. PIB Proyectado

72

Tabla 25. Estado de resultados proyectado sin implementación (Valores en miles de pesos)

73

Tabla 26. Valor total de la implementación

74

Tabla 27. Ingresos actuales por venta de bioabono

75

Tabla 28. Ingresos por venta de bioabono con la propuesta

75

Tabla 29. Proyecciones del Kw h 2011-2015

75

Tabla 30. Ahorros percibidos con la implementación

76

Tabla 31. Estado de resultados con implementación de la propuesta (valores en miles de pesos)

77

Tabla 32. Flujo de caja sin implementación de la propuesta (Valores en miles de pesos) 78 Tabla 33. Flujo de caja con implementación de la propuesta (Valores en miles de pesos) 79 Tabla 34. Flujo de caja diferencial 80

  Tabla 35. Evaluación financiera

80

Tabla 36. Relación Beneficio – Costo del proyecto

81

  LISTA DE CUADROS Pág. Cuadro 1. Residuos generados en el proceso de sacrificio y faenado

14

Cuadro 2. Marco operativo para el sacrifico y el faenado

33

Cuadro 3. Valores y características del estiércol

37

Cuadro 4. Costo de materiales

63

Cuadro 5. Especificaciones técnicas caldera 50 BHP

66

  LISTA DE FIGURAS Pág. Figura 1. Proceso productivo planta de beneficio de ganado

11

Figura 2. Impacto ambiental en el proceso

16

Figura 3. Etapas de digestión anaeróbica

25

Figura 4. Dimensiones del tanque de recolección biodigestor tipo plug flow

44

Figura 5. Dimensiones del biodigestor

45

Figura 6. Dimensiones del tanque del efluente

46

Figura 7. Esquema general biodigestor y sus componentes tipo plug flow

47

Figura 8. Dimensiones tanque de recolección biodigestor tipo Cipav

51

Figura 9. Dimensiones tanque del efluente

52

Figura 10. Componentes del biodigestor

52

Figura 11. Estructura en tapial

55

Figura 12. Ubicación plástico tubular

56

Figura 13. Ubicación válvula biogás

56

Figura 14. Válvulas biogás digestor CIPAV

56

Figura 15. Ubicación válvula biogás en la bolsa plástica tubular

57

Figura 16. Instalación del plástico en la zanja

57

Figura 17. Amarres de la estructura plástica

58

  Figura 18. Válvula de seguridad del biogás

58

Figura 19. Reservorio de biogás generado

59

Figura 20. Gráfica VPN

80

  LISTA DE ANEXOS Pág. Anexo A. Componentes básicos para el diseño de una planta de sacrificio y faenado

89

Anexo B. Diagnóstico nacional mataderos clases III– IV- mínimos y planchones 90 Anexo C. Normatividad aplicable al sector

91

Anexo D. Mano de obra para el montaje del biodigestor tipo Cipav

94

Anexo E. Mano de obra para el montaje del biodigestor tipo Plug flow

95

 

GLOSARIO BIODIGESTOR: digestor de desechos orgánicos es en su forma más simple, un contenedor cerrado, hermético e impermeable (llamado reactor), dentro del cual se deposita el material orgánico a fermentar (excrementos de animales y humanos, desechos vegetales-no se incluyen cítricos ya que acidifican-, etcétera) en determinada dilución de agua para que a través de la fermentación anaerobia se produzca gas metano y fertilizantes orgánicos ricos en nitrógeno, fósforo y potasio, y además, se disminuya el potencial contaminante de los excrementos. BIOGÁS: es un gas que se genera en medios naturales o en dispositivos específicos, por las reacciones de biodegradación de la materia orgánica, mediante la acción de microorganismos (bacterias metanogénicas, etc.), y otros factores, en ausencia de oxígeno (esto es, en un ambiente anaeróbico). El producto resultante está formado por metano (CH4), dióxido de carbono (CO2), monóxido de carbono (CO) y otros gases en menor proporción. Este gas se ha venido llamando gas de los pantanos, puesto que en ellos se produce una biodegradación de residuos vegetales semejante a la descrita. Se considera que este gas es más venenoso y mortífero que el gas en su estado normal. BIOMASA: materia orgánica originada en un proceso biológico, espontáneo o provocado, utilizable como fuente de energía. DBO: la demanda bioquímica de oxígeno (DBO), es un parámetro que mide la cantidad de materia susceptible de ser consumida u oxidada por medios biológicos que contiene una muestra líquida, disuelta o en suspensión. Se utiliza para medir el grado de contaminación, normalmente se mide transcurridos cinco días de reacción (DBO5), y se expresa en miligramos de oxígeno diatómico por litro (mgO2/l) DIGESTIÓN ANAEROBIA: es un proceso biológico en el que la materia orgánica, en ausencia de oxígeno, y mediante la acción de un grupo de bacterias específicas, se descompone en productos gaseosos o “biogás” (CH4, CO2, H2, H2S, etc.), y en digestato, que es una mezcla de productos minerales (N, P, K, Ca, etc.) y compuestos de difícil degradación. DQO: la demanda química de oxígeno (DQO) es un parámetro que mide la cantidad de sustancias susceptibles de ser oxidadas por medios químicos que hay disueltas o en suspensión en una muestra líquida. Se utiliza para medir el grado de contaminación y se expresa en miligramos de oxígeno diatómico por litro (mgO2/l). Aunque este método pretende medir principalmente la concentración de materia orgánica, sufre interferencias por la presencia de sustancias inorgánicas

  susceptibles de ser oxidadas (sulfuros, sulfitos, yoduros...), que también se reflejan en la medida. FEDEGAN: federación colombiana de ganaderos. IMPACTO AMBIENTAL: el efecto que produce una determinada acción humana sobre el medio ambiente en sus distintos aspectos. El concepto puede extenderse, con poca utilidad, a los efectos de un fenómeno natural catastrófico. Técnicamente, es la alteración de la línea de base, debido a la acción antrópicas o a eventos naturales. MATERIA ORGÁNICA: cualquier residuo vegetal o animal es materia orgánica, y su descomposición lo transforma en materiales importantes en la composición del suelo y en la producción de plantas. La materia orgánica bruta es descompuesta por microorganismos y transformada en materia adecuada para el crecimiento de las plantas y que se conoce como humus. El humus es un estado de descomposición de la materia orgánica. RESIDUO: es todo material producido por actividades antrópicas en las actividades diarias y el cual ha perdido su valor o deja de ser útil para cualquier actividad o rehúso.

  RESUMEN El presente proyecto comprende la propuesta de diseño y guía metodológica para la construcción de un biodigestor, para el tratamiento de las excretas generadas por los vacunos y los porcinos que son sacrificados en los frigoríficos Guadalupe S.A. y San Martín de Porres Ltda. Como base para establecer los parámetros de dimensionamiento del biodigestor y de cada uno de los elementos constitutivos, fue tomada la cantidad de estiércol y orina generada, tanto en los camiones en que son transportados hasta los frigoríficos y la producida en los corrales por los animales sacrificados a diario con base en las estadísticas reportadas por Fedegan. Debido a las diferencias en ciertos parámetros físico químicos en las excretas generadas por estos animales, surgió la necesidad de llevar a cabo el tratamiento de las mismas de forma separada para evitar posibles alteraciones, en cuanto a la eficiencia del tratamiento anaerobio (ausencia de oxígeno). Para el caso de los vacunos fue propuesto un biodigestor tipo plug flow, manteniendo un porcentaje de sólidos totales entre el 11-13%, generando aproximadamente una producción diaria de biogás de 1.801,71 m3 con principios y mecanismos de automatización debido al volumen de la carga orgánica, temperatura de 37.5ºC y 20 días de retención. Para el tratamiento de las excretas porcinas se dimensiona un biodigestor tipo CIPAV, temperatura ambiente y 45 días de retención, con una producción diaria de biogás de 657,26 m3. La producción de biogás generada por el tratamiento de las excretas es suficiente para suplir las necesidades energéticas del proceso productivo del sacrificio y faenado. Al final del documento se realiza una evaluación en términos económicos de la implementación y los ingresos mensuales asociados a la operación y el retorno de la inversión.

Palabras clave: Biodigestor, frigorífico, excretas.

  INTRODUCCIÓN El deterioro significativo de las condiciones ambientales durante las últimas décadas, ha conducido al hombre y especialmente a algunas industrias a tomar conciencia sobre la importancia de implementar mecanismos que permitan satisfacer las necesidades de consumo, agrícolas y ambientales de una forma equilibrada y eficiente garantizando un ambiente sostenible para las generaciones futuras. Tal es el caso en las industrias en donde se sacrifican los bovinos y porcinos que representan grandes fuentes generadoras de vertimientos y residuos orgánicos, que con un inadecuado tratamiento y dependiendo las características físicoquímicas representarían una amenaza significativa para el medio ambiente y su ecosistema. Sin embargo, existen alternativas preventivas de simple implementación y poco costosas, como el manejo ambientalmente adecuado de los residuos orgánicos. Lo anterior hace viable abordar el problema de forma eficiente al exigir pocos recursos y generar valor agregado a los residuos manejados. Ahora bien, uno de los mecanismos de tratamiento de los residuos orgánicos generados por este tipo de industria, se hace a través de reactores anaerobios (ausencia de oxígeno) o biodigestores, en donde los residuos orgánicos son fermentados, y por descomposición generan biogás y otros componentes que ayudan significativamente a disminuir el deterioro de los factores ambientales. La generación y uso de biogás como fuente de energía renovable es el principal beneficio con la implementación de la digestión anaerobia, convirtiéndose en una opción con garantía de rentabilidad, ya que es una alternativa que no solamente resuelve una problemática ambiental al momento de darle una adecuada disposición a la materia orgánica, sino que representa para los frigoríficos y todo generador de materia orgánica un posible ahorro económico al volverse auto sustentable en la generación de energía eléctrica y/o calorífica. El adecuado reaprovechamiento del metano que se genera por los residuos representa una forma significativa de disminución de emisiones de gases efecto-invernadero al medio ambiente. Así mismo, es una práctica que contribuye en la disminución de las reservas de combustibles fósiles. Por lo anterior, el desarrollo de biodigestores alimentados con estiércol de ganado vacuno y porcino, representa una opción de importantes ventajas a pequeña, mediana y gran escala, con mecanismos adecuados para el tratamiento y disposición final de los residuos orgánicos que no sólo representa la oportunidad de reincorporarlos en forma de energía al proceso, sino que evita incurrir en sanciones legales por parte de la Secretaría Distrital de Ambiente (SDA) y un  

  posible cierre temporal o permanente de la empresa, por el incumplimiento de la normatividad nacional en materia de vertimientos, residuos sólidos entre otros. En el presente documento se describe las características físico-químicas de las excretas de los vacunos y los porcinos, y a partir de dichas características, se establecen los parámetros de diseño, dimensionamiento y funcionamiento de los biodigestores para la digestión anaerobia. Dichos parámetros se toman con base en la generación de estiércol proveniente de 1.408 vacunos y 1.364 porcinos que son sacrificados a diario. Al final del documento, basados en la producción de biogás obtenida del tratamiento, se evalúa sí es suficiente para abastecer las necesidades energéticas de los equipos requeridos para el sacrificio y faenado en un frigorífico, y posteriormente, los costos asociados a la implementación de la propuesta y recuperación de la inversión.

 

  1. GENERALIDADES 1.1 DEFINICIÓN DEL PROBLEMA 1.1.1 Descripción del problema. En la actualidad el agotamiento de los combustibles fósiles, el alto nivel de contaminación y a su vez impacto ambiental producido por la combustión de los mismos, ha hecho que el hombre busque alternativas y fuentes de energía renovables, entre ellas el biogás, permitiendo de esta forma la sostenibilidad de los ecosistemas. De esta forma surge la necesidad de generar energía basada en el máximo aprovechamiento de los recursos y de los residuos generados en un proceso, y que con la utilización apropiada de la tecnología, se asegure el suministro de combustibles accesibles, económicos pero sobre todo generados por aquellos residuos resultantes de actividades antrópicas. Uno de los factores que han contribuido en el deterioro de los componentes ambientales, ha sido el crecimiento desmedido de la población durante las últimas décadas, implicando una mayor demanda potencial de alimentos por ende un mayor consumo de los recursos naturales. Para suplir dicha demanda ha sido necesario el aumento en el sacrificio de animales. Esta problemática se refleja en los frigoríficos San Martín de Porres Ltda. Y Guadalupe que procesan en gran parte el ganado vacuno y porcino que consume Bogotá, donde la disposición final del estiércol generado recae en terceros, desconociendo los posibles beneficios de implementar sistemas de tratamiento anaerobio que pueden generar biogás y bioabono, donde el primero puede ser utilizado como fuente de energía en los procesos, y el segundo como abono orgánico rico en nutrientes para procesos agrícolas. 1.1.2 Formulación del problema. Bajo las anteriores consideraciones, en el siguiente proyecto se pretende evaluar la disposición de la materia orgánica generada por los frigoríficos de Bogotá, por tanto es importante evaluar si con la generación de biogás proveniente de la fermentación anaerobia del estiércol del ganado vacuno y porcino, ¿Será posible satisfacer las necesidades energéticas, caloríficas y/o mecánicas para los frigoríficos de Bogotá, y en términos económicos, qué tan viable resulta?  1

Frigorífico Guadalupe. Generalidades. [Consultado 1 Mar. 2012]. Disponible en http://efege.com/sccs/secciones.php?id=1 GAYLORD, Nelson. Informe general de la Contraloría de Santa Fe de Bogotá, D.C. Informe sobre estado de los recursos Naturales y del ambiente Bogota D.C, Vigencia 2010. [en Línea]. [Consultado 10 Feb. 2012]. Disponible en 2

 

  1.2 OBJETIVOS 1.2.1 Objetivo general Proponer el diseño de un biodigestor para el aprovechamiento de la materia orgánica generada en los frigoríficos de Bogotá.

1.2.2 Objetivos específicos

• • • • • • •

Identificar las variables de funcionamiento del biodigestor para lograr mayores eficiencias en el tratamiento de la mezcla de residuos. Determinar la cantidad de subproductos y residuos orgánicos generada en los frigoríficos de Bogotá. Calcular la cantidad de biogás y abono orgánico que se genera en el sistema de tratamiento. Establecer los parámetros para el diseño de un biodigestor en el tratamiento de la materia orgánica. Determinar las necesidades energéticas de los procesos en donde puede ser aprovechado el biogás. Identificar los procesos productivos en donde puede ser utilizado el biogás. Analizar la incidencia y retorno de la inversión en caso de implementación del biodigestor para el aprovechamiento de la materia orgánica en los procesos.

1.3 ALCANCE El alcance de este proyecto contempla hasta la propuesta de los lineamientos para el diseño del biodigestor en cuanto a dimensionamiento y cálculo del biogás producido, y a partir de los datos obtenidos dar alternativas de disposición de los productos (biogás y abono orgánico) en las diferentes etapas del proceso productivo, y los beneficios de dicha implementación de un frigorífico a gran escala. 1.4 JUSTIFICACIÓN Con la propuesta de diseño de un biodigestor para el aprovechamiento de la materia orgánica generada en los frigoríficos de Bogotá, se propone una  

  alternativa para que las actividades antrópicas desarrolladas en este sector se realicen de manera sostenible, y que el sector reincorpore la materia orgánica generada en forma de combustible, calor y/o energía. El uso de esta tecnología no es nuevo, pero en los últimos años ha cobrado gran interés debido a la actual crisis energética producto del agotamiento de los combustibles fósiles3. Adicionalmente con la propuesta de diseño se pretende lograr beneficios de tipo ambiental, socio-económico y tecnológico. De tipo ambiental se logra dar una adecuada disposición final a los residuos generados durante el proceso tanto orgánicos como vertimientos, esto va de la mano con los beneficios de tipo socio-económico, ya que los residuos resultantes de la fermentación anaeróbica fuera del biogás, son empleados como biofertilizantes, lo que representa disminución de gastos en disposición y un ingreso adicional ya que estos pueden ser vendidos al sector agrícola. Con la utilización del biogás (el metano representa del biogás del 55 – 70%) que es liberado por los residuos tratados que forman parte del proceso de digestión anaerobia, se ayuda a evitar el efecto invernadero, además de una disminución significativa de olores ofensivos y vectores de enfermedades en la zona. Finalmente con la generación de biogás convertido en forma de calor y/o energía es posible sustentar gran parte de los consumos energéticos de un frigorífico, teniendo en cuenta que la utilización de este redunda en los costos de energía asociados a la operación normal y por ende al consumo de la red. Por otra parte el costo de la implementación del biodigestor es relativamente bajo, además la construcción es sencilla, al igual que su manejo, cuidado y disposición de los residuos orgánicos, esto lo veremos durante el desarrollo del presente documento. 1.5 METODOLOGÍA 1.5.1 Fase 1. Identificación de las variables de funcionamiento del biodigestor. Soportados en los elementos teóricos pertinentes, identificar las variables que inciden en el adecuado funcionamiento del biodigestor y en la eficiencia de biodigestión, esto para mayor aprovechamiento y utilización del sistema de tratamiento.  3 RIVAS SOLANO, Olga. Biodigestores: factores químicos, físicos y biológicos relacionados con su productividad. Tecnología en marcha. [En línea]. Vol. 23 Nº 1 (2010). [Consultado 23 Nov 2011]. Disponible en < http://www.tec.ac.cr/sitios/Vicerrectoria/vie/editorial_tecnologica/Revista _Tecnologia_Marcha/pdf/tecnologia_marcha_231/23-1%20p%2039-46.pdf>

 

  Es necesario contemplar los diferentes aspectos tanto de diseño como de afectación dentro del digestor durante el tiempo de retención. 1.5.2 Fase 2. Cuantificación de los subproductos y residuos orgánicos generados en los frigoríficos de Bogotá. Mediante los datos históricos de sacrificio de ganado vacuno y porcino de los frigoríficos Guadalupe y San Martín emitidos por las entidades correspondientes acerca del número de animales de cada especie, establecer la cantidad de materia orgánica generada por especie y las características de la misma. 1.5.3 Fase 3. Cuantificación de la cantidad de biogás y abono orgánico que se generaría en el sistema de tratamiento. A partir de los datos obtenidos en las dos fases preliminares en cuanto a cantidad de materia orgánica generada por los vacunos y los porcinos, y parámetros de funcionamiento y afectación de la digestión, es posible determinar en metros cúbicos la cantidad de biogás y bioabono generado en el sistema de tratamiento en un periodo determinado. 1.5.4 Fase 4. Determinación de los parámetros de diseño del biodigestor. De acuerdo con las cantidades de biogás producido, se determinan las dimensiones y el tipo de biodigestor adecuado para el tratamiento del estiércol, además de las condiciones idóneas de operación para eficiencia en la generación. 1.5.5 Fase 5. Identificación de los puntos de uso en donde puede ser utilizado el biogás. Detectar las etapas del proceso que requiere combustible o energía como por ejemplo: calderas, motores, sistemas de calefacción entre otros para la utilización del biogás. 1.5.6 Fase 6. Precisar los requerimientos energéticos. Teniendo en cuenta el listado de equipos necesarios para la operación del frigorífico se listará los consumos energéticos nominales de dichos mecanismos individualmente y se totalizarán para evidenciar el consumo energéticos mínimos, por último se buscará un mecanismo de conversión del biogás en energía para suplir dicha demanda. 1.5.7 Fase 7. Análisis de la incidencia, retorno de la inversión en caso de implementación del biodigestor para el aprovechamiento de la materia orgánica en los procesos. A través de la relación costo beneficio, analizar cuánto puede representar en términos económicos para los frigoríficos de Bogotá dicha implementación y una vez implementado, en cuánto tiempo se recupera la inversión, teniendo los costos de materiales, construcción, mano de obra, sostenimiento, mantenimiento, entre otros y a los que haya lugar.  

  2. MARCO REFERENCIAL 2.1 MARCO DE ANTECEDENTES Dentro de los estudios realizados para el aprovechamiento de los residuos generados en un frigorífico, se encuentra uno titulado: “Desechos de matadero como alimento animal en Colombia”, desarrollado por los autores Falla – Cabrera a través de un folleto, en donde plantean alternativas de disposición de los residuos, entre ellos el procesamiento de la sangre, para obtener harina de sangre. Por otra parte Jhoniers Guerrero, Ingeniero Sanitario, docente en la universidad tecnológica de Pereira, en un artículo publicado en la revista: “Scientia et Technica”, denominado: “Manejo ambiental de residuos en mataderos de pequeños municipios”, plantea una serie de medidas de actuación con respecto a: la sangre, al rumen y el estiércol y residuos sólidos finos y gruesos. Respecto a la sangre, plantea que es importante recolectarla directamente en el área de degüelle y sangrado a través de un tanque de recolección permitiendo conducir la sangre de forma separada del agua de lavado; respecto al rumen y el estiércol, sugiere una adecuación en la infraestructura de las áreas de trabajo, para garantizar la mayor cantidad posible en la recolección de este tipo de residuos, pero además implementar prácticas de producción más limpia promoviendo la práctica de lavado de los contenidos estomacales de las reses en seco o utilizando, tan poca agua como sea posible y por último los residuos sólidos finos y gruesos, propone que los residuos sólidos finos tales como: el pelo, pequeñas fracciones de hueso y carne, pueden ser adicionados al rumen y el estiércol durante el proceso de recolección, mientras que los residuos más gruesos, deben recogerse por aparte ya que requieren más tiempo y recursos para su descomposición. Y ya directamente relacionado con el objeto de estudio de este trabajo, se encuentran: evaluación de un sistema de biodigestión en serie para clima frío, valorización del estiércol de cerdo a través de la producción de biogás y diseño y estudio económico preliminar de una planta productora de biogás utilizando residuos orgánicos de ganado vacuno. El primero desarrollado por docentes de la Universidad Nacional de Colombia, sede Medellín, en donde de forma experimental evaluaron el funcionamiento de un sistema en serie de dos biodigestores, de cúpula fija GTZ y uno tipo Taiwán, además de encontrar los factores que determinaban el funcionamiento tales como: la producción de biogás, PH, temperaturas del afluente y del efluente y la eficiencia en la remoción de DBO5, DQO Y SST. El segundo, valorización del estiércol de cerdo a través de la producción de biogás, desarrollado por la asociación colombiana de porcicultores fondo nacional de la porcicultura, trabajo enfocado al aprovechamiento del  

  estiércol generado por los porcinos a nivel de pequeñas, medianas y grandes granjas, a través de biodigestores tipo CIPAV para el tratamiento y obtención de biogás y bioabono. El último desarrollado por Docentes de la Universidad Nacional de Colombia, en donde plantean el diseño de una planta productora de biogás, utilizando el estiércol generado por 1.300 vacunos en un establo, y con la producción del biogás alimentar un motor de doble propósito, diesel y biogás para la generación de 500 Kw de energía eléctrica. 2.2 MARCO TEÓRICO A continuación se presenta la descripción del proceso productivo en un frigorífico para el sacrificio y faenado de ganado vacuno y porcino, para el caso de los porcinos hay ciertas operaciones que se omiten debido a la presentación final del producto, por ejemplo el cuero no es retirado, como si ocurre con los vacunos. Después, los residuos generados en el proceso, tanto sólidos y líquidos (aguas residuales) y emisiones; frigoríficos en Colombia, frigoríficos en Bogotá. 2.2.1 Descripción del proceso productivo. Una vez que llegan los animales al frigorífico, son conducidos a los corrales en donde se realiza un chequeo ante morten para garantizar una buena inspección sanitaria de los animales antes del sacrificio4 que se traduce en un producto de excelente calidad para consumo humano protegiendo la salud del consumidor final; cabe aclarar que los animales antes del sacrificio deben tener una cuarentena de 24 horas en los corrales. El proceso productivo de la industria frigorífica se resume básicamente en las siguientes actividades: • • • • • •

Desplazar a los animales desde los corrales hasta la planta de sacrificio y faenado, realizando inicialmente un lavado del animal. Después del lavado, se realiza el sacrificio del animal, mediante técnicas tales como pistolas de aturdimiento para la insensibilización de los mismos. Luego a través de un polipasto ó diferencial es izado el animal por las patas traseras, y se cambia a los ganchos definitivos para la respectiva faenación. Una vez izado el animal se cortan tanto las patas como la cabeza del animal. El cuero es retirado del animal con la ayuda de un cuchillo perco, y con máquinas descueradoras. En el eviscerado se abre el esternón y se bajan las vísceras verdes y rojas, a las cuales se les realiza una inspección post morten, además se inspecciona la canal completa.

 4

Información suministrada por un colaborador del frigorífico Guadalupe S.A.

 

  • •

• • •

Luego viene la partición de la canal, generando dos medias canales. Después se realiza el pesaje de las dos medias canales y se realiza la clasificación de las mismas, basados en la cronometría dentaria y la conformación de la canal. Además se lavan las medias canales antes de pasarlas a las cámaras de oreo. Luego ya se obtienen los subproductos tales como el intestino grueso y el delgado y recto, como también se obtiene el callo, el librillo y el cuajo. De la limpieza de los distintos cortes se obtiene cortes que no son aprovechables por su alto contenido de grasas. Por un periodo de tiempo de 24 horas se realiza el oreo, que consiste en introducir las medias canales en cuartos pre-frío para bajar las temperaturas de las medias canales para realizar después el despostado y/o fraccionamiento, que es la separación de la pierna y del brazo de las costillas.

Luego de ser despostadas, ya son comercializados directamente a los establecimientos ubicados cerca al frigorífico (parque industrial), que estos a su vez, distribuyen y/o comercializan a los asaderos, restaurantes y a los pequeños comerciantes de barrio5. En la figura 1 se ilustra el proceso productivo descrito anteriormente Figura 1. Proceso productivo planta de beneficio de ganado CORRALES

B AÑO

ATURDIM IENTO

CORTE CUERNOS

CORTE EXTREM IDADES

IZADO

CORTE EXTERNON

DESUELLO

CERDOS

INSP a.m

LIG. RECTO Y ESOFA GO

CORTE CABEZA ESCA LDA DO M UELLE DESCARGUE

SA NGRA DO

EVISCERA CION

CORTE CA NAL INSPECCION P OSTM ORTEM

DEPILA DO ESTIERCOLERO LA VADO DE CANAL FLAM EA DO

ACABA DO

FAENADO

RETENCION Y DECOM ISO

SUBPRODUCTOS CREM ATORIO

CABEZAS

EXTREM IDADES

CUERNOS

PIELES

SANGRE

V. BLANCA

GRASAS Y CEB OS

V. ROJA

P ESAJE Y CLASIFICACION CA NAL RESIDUOS

FRIGORIFICO

SALON DE OREO

DESP IECE

CAVAS M A DURA CION

A LM CONG

TUNEL CONG

OTROS DESP ACHO Y EM B ARQUE

M ANEJO DE RESIDUOS

Fuente. Guía ambiental para las plantas de beneficio del ganado, 2002.  5

Información consultada a un comerciante del parque industrial

 

  En el Decreto 1036 de 1991, el cual subrogó el capítulo I del Título I del Decreto 2278 de 1982, se encuentra la clasificación de las plantas de beneficio de acuerdo a la capacidad de sacrificio y todos los aspectos y dependencias, áreas, equipos básicos entre otros para un adecuado funcionamiento y cumplir con recursos de infraestructura, personal y tecnología apropiada, de forma que se garantice la calidad del producto y por ende protección al consumidor. En la tabla 1 se presenta dicha clasificación. Para mayores detalles en cuanto a los componentes básicos para el diseño de una planta de sacrificio y requisitos que necesitan cumplir de acuerdo a su clasificación cada tipo de matadero ver anexo A. Tabla 1. Clasificación de las plantas de beneficio Clase de planta de beneficio

Turnos (Horas)

Capacidad de sacrificio diario

I

8,00

Más de 480 reses y más de 400 cerdos

II III

8 8,00

Más de 320 reses y más de 240 cerdos

IV

8 Hasta 2.000 habitantes

Más de 40 reses y mas de 40 cerdos

Mínimo

Más de 160 reses y más de 120 cerdos

2 reses y 2 cerdos (por hora)

Planchones

No considerado en el decreto

Fuente. Ministerio de salud, 1991. 2.2.2 Residuos generados en el proceso. El crecimiento de la población mundial, la industrialización y el consumo creciente de recursos naturales están produciendo niveles de desechos orgánicos cada vez más altos. Al igual que cualquier otro proceso, los frigoríficos o plantas de beneficio de ganado generan un alto contenido de residuos. Los principales residuos que se generan en el proceso de sacrificio y faenado, están representados por: vertimientos líquidos, residuos sólidos y las emisiones al aire. Los residuos líquidos se generan en las etapas de lavado del animal, lavado de los subproductos (canales, vísceras, etc.) y principalmente en el lavado de las instalaciones y equipos; los residuos sólidos se encuentran representados por los que provienen de los corrales principalmente estiércol y orina, y por otra parte los resultantes del arreglo de patas y cabezas, y en cuanto a las emisiones al aire están conformadas básicamente por olores ofensivos y/o desagradables resultantes de la descomposición de los restos de los animales sacrificados y el estiércol, que afectan la calidad de aire, además el ruido resultante de la  

  operación, también representa un problema de contaminación principalmente para quienes laboran en las plantas6. Además este proceso demanda gran consumo de agua, ya que el consumo de agua en un matadero eficiente se encuentra alrededor de 120 a 130 litros por cada 100 kg de peso vivo7, es decir, que para un vacuno de 350-400 Kg el consumo promedio de agua es de 468.75 Litros, mientras que para un porcino el consumo promedio es de 187.5 Litros para un peso promedio de 150 Kg. La realidad es que este consumo se cumple a cabalidad en los mataderos clase I y II, que a su vez son pocos, pero la gran mayoría de las plantas de beneficio en el país que se encuentran clasificadas como III y IV mínimo y planchones, que exceden dicha cifra hasta 3 o 4 veces8; una de las posibles causas es que el matadero por ser propiedad del municipio, no paga por este servicio; otra razón puede ser la falta de concienciación sobre la importancia del uso racional de los recursos. Los parámetros promedio de las características físico-químicas de las aguas residuales generadas en las plantas de sacrificio y faenado de ganado se presentan en la tabla 2. Tabla 2. Parámetros físico-químicos de las aguas residuales Parámetro Temperatura ºC pH Alcalinidad total mg CaCO3 / l Ácidos total mg CaCO3 /l Sólidos sedimentables Sólidos no sedimentables Sólidos suspendidos m/l Sólidos volátiles Sólidos fijos totales Conductividad Oxígeno disuelto DQO, mg / l DBO5 mg / l ( 5d / 20ºC) Fosfatos N amoniacal mg / l N orgánico N Nitritos, mg / l Grasas y aceites mg /l

Valor 20 6.0 - 8.0 240 30 38.0 – 40.0 376 570 3066 < 516 -650 3.1 3.400 – 7000 1.800 - 4000 40 8.8 23.8 0.02 1200 - 2000

Fuente. Guía ambiental para las plantas de beneficio del ganado, 2002.  6 7 8

Guía Empresarial Plantas de Beneficio Animal. Bogotá D.C. Febrero, 2003, vol. 1. ISBN 958 - 97548 - 1 3 Ibid., p. 75. Ibid., p. 76.

 

  De acuerdo a la tabla anterior, se evidencia que las aguas residuales que se generan en una planta de beneficio, se caracterizan por presentar altos contenidos de materia orgánica, sólidos suspendidos, grasas, nutrientes, proteínas, etc. La problemática principal radica en que al ser vertidas dichas aguas residuales a las corrientes de agua, generan el deterioro de la misma, debido a que consume el oxígeno para la oxidación y estabilización de la materia orgánica, generando una grave alteración al ecosistema acuático9. Por otra parte se encuentran los residuos que se generan en el proceso, los cuales aparecen relacionados en el cuadro 1. Cuadro 1. Residuos generados en el proceso de sacrificio y faenado Descripción Tipo de residuo Contenido ruminal y gastrointestinal Grasa Sangre Orina Químicos usados en la desinfección y limpieza de la planta. Subproductos que generan residuos en las Estiércol plantas Suero fetal Bilis Pelos, tierra Cachos, pezuñas Aguas residuales Olores Fuente. Guía ambiental para las plantas de beneficio del ganado, 2002. De los residuos que se generan, los más representativos y la disposición actual son: • De acuerdo con la guía empresarial para plantas de beneficio10 el rumen que se genera es aproximadamente por vacuno sacrificado 35 kg, mientras que por un porcino esta cifra alcanza los 6 kg. Unas de las disposiciones actuales de este residuo según Rada11 es que se utiliza para la alimentación de cerdos, pero sin consideraciones técnicas especiales.  9

Ibid., p. 76. Ibíd., p. 76. 11 RADA PERDIGÓN, Ramiro. Una breve descripción del manejo de los residuos generados en los mataderos de Colombia y su inclusión en los procesos de las tecnologías limpias o apropiadas. En: Semillas Ambientales. Noviembre, 2010, Vol. 4, no. 2,. p. 4. 10

 

  •

Sangre: se genera aproximadamente 21 litros de sangre por cada vacuno, de los cuales el 70% (14,7 litros) son generalmente recibidos y aprovechados para realizar harina de sangre que se utiliza para alimentos para animales, y el 30% restante se pierde a lo largo del proceso de faenado12.

•

Estiércol: se genera por vacuno 5 kg por cada 100 kg de peso vivo, y para los porcinos 2 kg por cada 100 kg.

Orina: se genera por vacuno 4 litros y porcino 3 litros por cada 100 kg de peso vivo.  La responsabilidad de la disposición final del estiércol y la orina que se generan básicamente en los camiones en que son transportados los animales hasta los mataderos y los corrales, recae en terceros. Para el caso del frigorífico Guadalupe s.a., este almacena el estiércol y la orina en un contenedor por un periodo de una semana y lo vende a un tercero, dicho subproducto lo están llevando para Funza13.

•

Estos dos últimos residuos son objetos de estudio del presente trabajo, ya que se le pueden dar tratamiento a través de un proceso anaerobio, y obtener biogás que puede ser empleado para la generación de energía y por ende la alimentación de motores. Además se obtiene como producto de este proceso bioabono que se utiliza como nutriente y/o fertilizante para la agricultura; y sumado a estos dos productos que se generan, los beneficios ambientales que se obtienen al disminuir el potencial contaminante de la materia orgánica. En la figura 2 se presentan las etapas generales del sacrificio y faenado de un frigorífico, y en paralelo los residuos orgánicos generados en el proceso. Se observa que al menos el 90% de estos residuos son de carácter orgánico biodegradable, como las grasas, la orina, el estiércol, las aguas residuales etc.

 12 13

Guía empresarial plantas de beneficio animal. , Op. cit. p. 83. Información suministrada por un colaborador del frigorífico Guadalupe.

 

  Figura 2. Impacto ambiental en el proceso Recepción del Animal

Estiércol, Orina y Tierra

Inspección Ante Mortem

Animales Decomisados

Lavado del Animal

Aguas residuales, Materia Orgánica, Lodo

Insensibilización y Sangría

Sangre

Retiro de Patas y Cabeza

Goteo de sangre, cascos y cuernos

Desuello

Corte del Esternón

Astillas de Hueso

Retiro y Arreglo de Vísceras

Agua sanguinolientas, rumen, grasas, peladuras, malos olores, fetos, recortes.

Inspección Post Mortem

Órganos decomisados

Separación de canales

Oreo

Fuente. Guía empresarial plantas de beneficio animal, 2003. 2.2.3 Frigoríficos en Colombia. Teniendo en cuenta que en el país existen normas legales que regulan y exigen el aseguramiento de calidad sanitaria y ambiental del producto final del sector (Ley 09/79 y 99/93), se presentan dos problemáticas que no van de acuerdo a estas normas; de acuerdo con Guerrero14 la primera es que se evidencian carencias en cuanto a infraestructura, tecnología, en procesos de sacrificio y faenado, y la segunda, ausencia de programas educativos y estrategias del mejoramiento de la calidad, encaminadas a lograr mayor eficiencia y competitividad sanitaria del producto y reducción de los daños ambientales que generan las tecnologías actuales. Sumado a la problemática anterior, en la comercialización de ganado y por ende de la carne, prevalecen hoy en día los criterios subjetivos de calidad que imponen los comerciantes y que son claramente opuestos a los criterios sanitarios,  14 GUERRERO, Jhoniers. Manejo ambiental de residuos en mataderos de pequeños municipios. En: Scientia et Technica. Vol. 1, no 26, (2004); p. 199.

 

  ambientales y organolépticos exigidos por los estándares internacionales para proteger el medio ambiente y mejorar la calidad de vida de las poblaciones15. Otras consideraciones, son que el desarrollo de la actividad poco aporta para garantizar un desarrollo sostenible, como lo muestran las siguientes cifras16: el 93% vierte sus aguas residuales diréctamente a un cuerpo de agua, al alcantarillado o a campo abierto; el 33% no hace en lo absoluto ningún uso de la sangre resultante de los procesos de sacrificio y faenado y el 93% de los mataderos de Colombia son de carácter público. En el país existen aproximadamente 1.314 mataderos para transformación primaria, que de acuerdo con el Decreto 1036/91 se encuentran clasificados como clase III y IV y planchones en los cuales se sacrifica más del 50% del consumo nacional17, quienes abastecen las necesidades locales como las de las ciudades próximas. Pero la realidad es que en la actualidad, en el país se encuentran registrados ante las autoridades sanitarias, 150 mataderos para ganado vacuno y porcino, de los cuales tan sólo 27 de ellos (Mataderos Frigoríficos) se encuentran dotados de equipos para el manejo de los desechos generados. De acuerdo con Rada18 los restantes centros de matanza procesan parte de los desechos y los que no procesan, los venden a las denominadas plantas procesadoras de subproductos, las cuales efectúan a estos desechos alguna transformación industrial. Aproximadamente el 74% de estos mataderos están ubicados en zonas urbanas19, aunque la generación de empleo es significativa, la mano de obra no es calificada y los procesos no son tecnológicamente eficientes, lo que conlleva impactos ambientales significativos, afectando la conservación de los recursos de aguas y suelos. Para ver el diagnóstico nacional mataderos clases III– IV- mínimos y planchones mencionados anteriormente, ver anexo B. 2.2.4 Frigoríficos de Bogotá. Bogotá es el centro económico más importante del país, y según el último censo y proyección hasta el 2020 realizado por el DANE20 Bogotá es la ciudad con mayor número de habitantes del país con aproximadamente 7.5 millones de habitantes para 2012. Una de las razones  15

Ibid., p. 199. Ibid., p. 200 17 Guía ambiental para las plantas de beneficio del ganado. Bogotá D.C. Mayo, 2002, vol. 1. p. 40. 18 RADA PERDIGÓN, Op. cit. p. 5. 19 Guía ambiental para las plantas de beneficio del ganado. Bogotá D.C. Mayo, 2002, vol. 1. p. 48. 20 DANE. Información estadística. Estimaciones de población 1985 - 2005 y proyecciones de población 2005 - 2020 total departamental por área. [En Línea]. Bogotá D.C: Publicado 30 Junio. [Consultado 10 Feb. 2012]. Disponible en: 16

 

  principales obedece a que es el punto principal de migraciones del norte y centro del país de personas que buscan mejor nivel de vida; además porque es el epicentro de multitudes que viajan a la capital a causa del desplazamiento. Estas y otras razones hacen de Bogotá el epicentro de económico y de consumo más importante de Colombia, todo esto acarrea que la capital requiera contar con infraestructura para suplir sus necesidades de consumo. Por otra parte, el sector de beneficio de ganado no se queda atrás, según Fedegan21 a Bogotá llegó en 2011 para sacrificio el 23.21% del ganado bovino de distintas partes del país tales como Meta (40%), Casanare (24%), Cundinamarca (11%), Arauca (7%), Boyacá (4%) y Antioquia (4%), un total de 619.463 cabezas aproximadamente. Para suplir la capacidad en cuanto al sacrificio y faenado de la cifra mencionada, las plantas más representativas se ven en la necesidad de dotarse de equipos e infraestructura para cumplir con la demanda, para ello Bogotá cuenta con dos frigoríficos que sacrifican el mayor número de cabezas tanto de ganado vacuno como porcino de la ciudad. Los frigoríficos son: el frigorífico Guadalupe s.a. y el frigorífico San Martín de Porres Ltda. El frigorífico Guadalupe cuenta con una capacidad instalada diaria de beneficio de 2.000 reses y 2.500 porcinos22 mientras el frigorífico San Martín cuenta con una capacidad diaria de sacrificio de más de 660 reses y 330 porcinos23, para una capacidad total de 2.660 reses y 2.830 porcinos que de acuerdo al informe de la contraloría de Bogotá24 corresponde aproximadamente al 95% de la capacidad de sacrificio de la ciudad. Ahora bien, estas cifras corresponden a la capacidad instalada, pero teniendo en cuenta las cifras de sacrificio de Fedegan25 la realidad es que apenas el frigorífico Guadalupe utiliza un 44 % de la capacidad, y el frigorífico San Martín utiliza un 90%. De acuerdo con lo anterior y según la clasificación del Decreto 1036/91 (ver tabla 1) del ministerio de salud, los frigoríficos de Bogotá están clasificados como clase 1, por su capacidad y jornada de trabajo.

 21 Informe general de Fedegan Agosto de 2011. La ganadería Colombiana y las cadenas Láctea y Cárnica. [en Línea]. [Consultado 11 Nov. 2011]. Disponible en: 22 Frigorífico Guadalupe. Generalidades. [Consultado 1 Mar. 2012]. Disponible en http://efege.com/sccs/secciones.php?id=1 23 Frigorífico San Martín de Porres. Reseña. [Consultado 1 Mar. 2012]. Disponible en http://www.empresario.com.co/sanmartin/ 24 COLOMBIA. Informe Contraloría General de La nación 2011, informe de auditoría gubernamental con enfoque integral modalidad especial. 2011. 4 p. 25 Informe general de Fedegan Agosto de 2011. La ganadería Colombiana y las cadenas Láctea y Cárnica. [en Línea]. [Consultado 11 Nov. 2011]. Disponible en:

 

  A continuación se muestran las tablas 3 y 4 que contienen las cifras de sacrificio tanto de ganado vacuno como porcino de las principales ciudades que se benefician de esta actividad. Tabla 3. Ganado vacuno sacrificado en las principales ciudades 2010 Ciudad

Cabezas sacrificadas

Bogotá

619.463

Bucaramanga

222.248

Caucasia

320.612

Cúcuta

100.028

Galapa

178.952

Medellín

342.91

Montería

423.978

Planeta Rica

175.309

Puerto Berrio

102.158

Villavicencio 183.085 Fuente. Informe del sector cárnico Colombiano, 2010. En la tabla 3 se observan las principales ciudades del país con el número de cabezas de ganado vacuno sacrificadas, donde Bogotá con 619.463 cabezas es la ciudad con mayor participación en el sector, seguida de otras ciudades como Montería, Medellín y Caucasia con 423.978, 342.910 y 320.612 cabezas de ganado vacuno sacrificadas en el año 2010 respectivamente. El comportamiento obedece a que Bogotá como se había mencionado anteriormente es la ciudad con mayor número de habitantes y es el punto económico del país. En la tabla 4 se muestran los departamentos con mayor numero de porcinos sacrificados durante los años 2008 y 2009, algunos de ellos presentaron un decrecimiento representativo respecto a los dos años analizados. Por otra parte ciudades como Atlántico y Bogotá presentaron una tasa de crecimiento considerable.

 

  Tabla 4. Porcinos sacrificados por departamento 2009 Departamento 2008 2009 (%) Participación Antioquia 980.79 996.91 46,00% Bogotá D.C. 489.45 512.53 23,60% Valle del Cauca 247.56 264.8 12,20% Risaralda 87.811 96.746 4,50% Caldas 73.531 49.174 2,30% Atlántico 37.659 39.482 1,80% Nariño 38.421 29.599 1,40% Santander 24.578 24.93 1,10% Quindío 29.295 22.23 1,00% Huila 34.953 22.203 1,00% Tolima 30.497 21.892 1,00% Boyacá 16.5 15.278 0,70% Cundinamarca 14.948 12.441 0,60% Otros 58.587 39.166 1,80% Fuente. Informe sector cárnico colombiano, 2010.

Tasa de crecimiento 1,60% 4,70% 7,00% 10,20% -33,10% 4,80% -23,00% 1,40% -24,10% -36,50% -28,20% -7,40% -16,80% -33,10%

2.3 MARCO CONCEPTUAL 2.3.1 Biodigestor. La definición sencilla de digestor es un contenedor cerrado herméticamente dentro del cual en condiciones anaerobias (ausencia de oxígeno) se optimiza naturalmente el crecimiento y proliferación de un grupo de bacterias que descomponen los residuos ingresados; hay que tener en cuenta que estos digestores son una valiosa alternativa de tratamiento de desechos orgánicos26. Como fruto de este proceso se obtiene un gas combustible o biogás que posee aproximadamente 66% de metano y 33% de dióxido de carbono27, el cual puede ser utilizado y convertido en forma de energía para sustentar algún requerimiento como calefacción, generación de energía entre otros. Adicionalmente el efluente generado es un compuesto rico en nutrientes y un fertilizante de importantes propiedades para el suelo. 2.3.2 Clasificación de los digestores. Con el avance de la tecnología respecto a la degradación de residuos orgánicos, y con la diversidad de tipos de digestores y  26

CHUNGANDRO NACAZA, Klever; MANITIO CAHUATIJO, Guido. Diseño y construcción de un Biodigestor para pequeñas y medianas granjas. Trabajo de grado Ingeniero Mecánico. Quito: Escuela Politécnica Nacional. Facultad de Ingeniería Mecánica, 2010. 149 p. 27 LÓPEZ, Antonio. Valorización del estiércol de cerdo a través de la producción de biogás. Asociación colombiana de porcicultores: fondo nacional de la porcicultura. [Consultado 25 Feb. 2012] Disponible en Internet:

 

  parámetros que afectaban su funcionamiento surgió la clasificación de los mismos. Los digestores se clasifican por dos aspectos básicos, su método o régimen de carga y según su método de construcción. 2.3.2.1 Régimen de carga. Esta clasificación se refiere a la frecuencia de carga de volumen en el digestor. •

Flujo por lote. Se carga en una sola tanda, una vez cargados no permiten extraer o añadir más sustratos hasta que finalice el proceso completo de biodegradación y producción de biogás. En otras palabras, el proceso finaliza cuando no se produce más biogás28.

•

Régimen semicontinuo. Este tipo de digestor se carga por gravedad una vez al día, donde el volumen de la mezcla depende directamente del tiempo de retención. Producen una cantidad de gas constante al día.  Régimen continuo. Son de gran tamaño, y requieren inversión tecnológica mayor, porque es necesario control y seguimiento permanente para su rápida degradación. Por estas razones son grandes consumidoras de energía. El diseño inicial del digestor fue para tratamiento de aguas negras, dado que requiere entrada permanente de sustrato, más aún en la actualidad se contempla para otro tipo de residuo degradable

•

2.3.2.2 Según su método de construcción y dirección de flujo. Básicamente se refiere al modelo de construcción y las variables en los materiales para fabricar

•

Biodigestor tipo Hindú (domo móvil). Es un digestor de campana flotante, al igual que la gran mayoría de digestores se carga por gravedad una vez al día, en este digestor el volumen de carga depende del tiempo de retención, esto lo convierte en un digestor que se carga por lotes y la producción de gas es de manera constante siendo esta su principal característica.

Para Cofre29, estos digestores en la parte superior poseen una campana móvil, que sube como consecuencia del aumento de la producción de gas y baja debido al consumo, manteniendo una presión interna constante.  28

SOSA, Roberto. Tratamiento y uso de recursos producidos con excretas porcinas. Instituto de Investigaciones Porcinas AP1, Punta Brava, La Habana. [Consultado 15 Dic. 2011] Disponible en internet: 29 COFRE. Hugo. Guía para la Construcción y Operación de una Planta de Biogás, Alimentada con Lodos de la Industria Carnea. Trabajo de grado Cs. Chile: Universidad Austral de Chile, 2001. Citado por: TELLEZ. Cristian. Diseño y selección de elementos para una planta de Biogás. Trabajo de grado Ingeniero Mecánico. Chile: Universidad Austral de Chile. Facultad de Ingeniería, 2008. 73 p.

 

  •

Biodigestor tipo Chino (domo fijo). Es un digestor semicontinuo, de campana fija, construida de diversos materiales y el biogás es recolectado en un recipiente fijo. La característica de este digestor es que trabaja a presión variable30. En la campana fija se almacena el gas generado por la degradación y al ser inmóvil la presión que ejerce sobre la carga hacia un tanque adyacente que compensa la presión ejercida,

Lo anterior quiere decir que la presión y alivio entre el gas y el tanque de compensación sirve de sistema de seguridad ya que al ser consumido el gas la presión dentro de la cámara de fermentación disminuye y el sustrato ingresa nuevamente.

•

Biodigestor horizontal. Se construye bajo tierra, su sección es cuadrada o en forma de “V”, la relación largo / ancho varía entre 5:1 hasta 8:1 y está provisto de paredes divisoras, de esta manera se evita que el sustrato salga antes de terminar el tiempo de retención31.

•

Biodigestor horizontal (Plug Flow). Esta clase de digestor tiene la ventaja de no necesitar ningún tipo de agitación, ni ninguna parte móvil. Su construcción tanto en la cámara de digestión como en el almacenamiento de biogás puede ser en concreto en forma de globo, teniendo en cuenta que va herméticamente cerrado32 donde el gas al igual que los digestores anteriores se ubica en la parte superior de la materia orgánica digerida y dicho espacio superior corresponde del 25 – 30% del volumen del digestor33.

La ubicación del digestor puede ser bajo tierra o no, es indiferente al funcionamiento del mismo, normalmente un digestor de este tipo posee una entrada de la carga de materia orgánica donde además se realiza la mezcla, así como dos salidas: una para la mezcla digerida y otra para el biogás generado34.

•

Biodigestor plástico de flujo continuo tipo CIPAV. Son digestores plásticos de flujo continuo. Es el tipo de digestor de bajo costo y fácil construcción, y mantenimiento. Acorde a la estructura de los otros digestores tiene una caja de entrada y otra de salida, además del digestor, el cual básicamente está constituido por una bolsa de polietileno tubular calibre 8, su longitud puede

 30

LOPEZ, Op. cit. p. 11. COLOMBIA. FUNDACIÓN PESENCA. El Biogás y sus aplicaciones. Barranquilla, 1992. MANTILLA, Juan., et al. Diseño y estudio económico preliminar de una planta productora de biogás utilizando residuos orgánicos de ganado vacuno. En: Revista Ingeniería e Investigación. Vol. 27, numero 003 (2007); p. 133 -142. 33 LOPEZ, Op. cit. p. 12. 34 MANTILLA, Op. Cit., p. 138 31 32

 

  llegar a los 100 m de longitud, lo que da capacidad suficiente para alimentación de carga orgánica35. 2.3.3 Componentes de los digestores. Los digestores básicamente se componen de 5 partes fundamentales, las cuales tienen su razón de funcionamiento, estas son tanques de carga y descarga, agitador (aplica para algunos digestores, como el de flujo continuo), reservorio de gas y finalmente el biodigestor. A continuación se presenta una breve descripción de los diferentes componentes que aplican básicamente a cualquier tipo de digestor. 2.3.3.1 Tanque de carga o de recolección. Su función principal es almacenar el estiércol que ha sido generado y mezclarlo con la cantidad de agua que requiera el tipo de digestor instalado. Una segunda función de este tanque es almacenar temporalmente el sustrato un tiempo prudente para posteriormente introducirla al digestor a una temperatura adecuada, un choque térmico por agregar en condiciones ambiente la mezcla podría causar disminución y muerte de las bacterias causantes de la degradación36. 2.3.3.2 Tanque de descarga o de efluente. Este tanque se encarga de recoger la mezcla digerida a emplear posteriormente como material de abono. 2.3.3.3 Agitador. Es un elemento importante para los digestores de carga por lotes y algunos semicontinuo, ya que su permanente volumen de carga requiere agitación para digestión. En resumen el agitador tiene como función mantener la homogeneidad de los desechos depositados.37 2.3.3.4 Reservorio de gas. Básicamente permite la acumulación de gas cuando la producción excede la demanda. Idealmente el reservorio debería ser el mismo espacio libre entre el volumen del digestor y el sustrato cargado, pero los reservorios aportan una capacidad adicional al proceso ya sea por eficiencia de generación o por no consumo de biogás. 2.3.3.5 Tanque digestor. Constituye el principal elemento en el proceso de digestión y trabaja bajo el principio de ausencia de oxígeno, en esta cámara se degrada la materia orgánica en un tiempo de retención y a unas condiciones  35 36 37

LOPEZ, Op. cit. p. 12. MANTILLA, Op. Cit., p. 137 CHUNGANDRO NACAZA, Op. Cit., p. 49

 

  específicas de funcionamiento, el correcto manejo, cargue y funcionamiento garantiza la mejor productividad en la generación de biogás. 2.3.4 Digestión anaerobia. La digestión anaerobia es un proceso biológico de degradación de la materia orgánica en ausencia de oxígeno. Para Ruiz38 este proceso lo llevan a cabo bacterias anaerobias que actúan en el interior de un biodigestor, la velocidad de digestión depende de algunos parámetros básicos de funcionamiento, los cuales en un tiempo determinado trabajan conjuntamente para obtener resultados como: biogás, abono orgánico, y agua residual. En un estudio realizado por Osorio39 en la Universidad Nacional de Colombia se determinó que el proceso de digestión que ocurre en el interior del biodigestor libera la energía química contenida en la materia orgánica, finalmente esta degradación produce metano y a su vez este se convierte en biogás. Por otra parte, otro de los productos resultantes de la reacción anaerobia es el efluente orgánico o bioabono, y es resultado del efluente semisólido con pH cercano a la neutralidad, y cuya composición proteínica es rica principalmente en nitrógeno, fósforo, potasio, y magnesio, así como en elementos menores, lo que hace que estos nutrientes sean más fácilmente asimilados por las plantas; además, sirve como mejorador físico del suelo40. Los residuos que se pueden digerir son variados: excretas de animales, residuos de vegetales y plantas, otros residuos o aguas residuales agroindustriales41. Es esencial conocer que la digestión de la materia orgánica ocurre en cuatro etapas básicas: hidrólisis, acidogénesis, acetogénesis y metanogénesis42. A continuación en la figura 3 se presentan las etapas de la digestión anaeróbica así como la degradación en cada una de ellas.

 38

RUIZ RIOS, Albina, Mejora de las condiciones de vida de las familias porcicultoras del Parque Porcino de Ventanilla, mediante un sistema de biodigestión y manejo integral de residuos sólidos y líquidos. [Online]. 1ra ed. Disponible en Internet: www.ciudadsaludable.org/pdf/Trabajo de grado_doctoral_ARR.pdf. Publicado por Universidad Ramon Llull. Feb. 1990. [Citado 6 Mar,. 2012]. 39 OSORIO, Jairo; CIRO, Hector y GONZALEZ, Hugo. Evaluación de un sistema de biodigestión en serie para clima frío. En: Revista Facultad Nacional de Agronomía. Vol. 60, Numero 2 (2007); p.4145 - 4162. 40 Ibid., p. 4150 41 RUIZ, Op. cit. p. 57. 42 MANTILLA, Op. cit. p. 138

 

  Figura 3. Etapas de digestión anaeróbica Carbohidratos, lípidos, proteínas Hidrólisis

Azúcares, Aminoácidos, ácidos grasos Acidogénesis Ácidos orgánicos volátiles

H2, CO2

Acetato

CH4, CO2

Acetogénesis

Metanogénesis

Fuente. Silva, 2000. La transformación de las moléculas que conforman la materia orgánica son dos, la fase no metanogénica (hidrólisis y acidogénesis) y la fase metanogénica (acetogénesis y metanogénesis) y esta clasificación corresponde a las poblaciones de microorganismos que desarrollan el proceso de degradación, ya sean bacterias facultativas o de índole netamente anaerobia. La diferencia fundamental es que la primera fase se puede desarrollar en presencia de oxígeno, la segunda es estrictamente anaerobia. 2.3.4.1 Fases no metanogénica. En esta fase tienen lugar dos subprocesos que se realizan de forma simultánea: En primer lugar ocurre la hidrólisis, donde las bacterias transforman la materia orgánica que está compuesta de largas cadenas de polímeros y las rompen, estas se convierten en cadenas más cortas y simples como son los carbohidratos, proteínas y lípidos. Seguidamente ocurre la fermentación ó acidogénesis de los compuestos generados durante la hidrólisis; como producto de la fermentación se obtienen los ácidos grasos volátiles (AGV) y dióxido de carbono43. 2.3.4.2 Fases metanogénica. La primera parte de esta fase es Acetogénesis, donde básicamente las bacterias convierten los compuestos resultantes de la  43 CENDALES LADINO, Edwin. Producción de biogás mediante la codigestión anaeróbica de la mezcla de residuos cítricos y estiércol bovino para su utilización como fuente de energía renovable. Trabajo de grado Magister Ingeniería Mecánica. Bogotá: Universidad Nacional de Colombia. Facultad de Ingeniería, 2011. 70 p.

 

  acidogénesis en acetato, de acuerdo a Biava44 en esta etapa una serie de microorganismos anaeróbicos, somete a un proceso de fermentación al substrato de la etapa no metanogénica convirtiéndola en hidrógeno y dióxido de carbono. Por último, y para tener en cuenta que Salamanca45 menciona que las bacterias convierten el ácido acético en metano y dióxido de carbono, donde se trata de bacterias metanogénicas las cuales son estrictamente anaeróbicas. Se considera que aproximadamente el 70% del metano generado durante el proceso de digestión anaeróbica es producto de la metabolización del acetato46. Al final del proceso de degradación, se puede decir que con la digestión anaerobia de los desechos orgánicos, al final se obtiene un gas rico en metano llamado “biogás” y residuo rico en nitrógeno el cual es el bioabono, ambos efluentes importantes recuperados e integrados de nuevo al proceso productivo. 2.3.5 Factores que influyen digestión anaerobia. En el proceso de biodegradación de la materia orgánica, es necesario que se mantengan algunas condiciones de funcionamiento del sistema, estas se relacionan directamente con parámetros físico-químicos como: El tipo de sustrato, la temperatura, las condiciones anaerobias, el tiempo de retención, el pH entre otras. A continuación se presentan los factores que ejercen mayor influencia sobre el desempeño de un sistema anaeróbico. En la tabla 5 se relacionan algunos parámetros de control y funcionamiento en la digestión anaerobia. Tabla 5. Relación de parámetros de un digestor Parámetro Rango óptimo Temperatura (ºC) pH Relación C/N Tiempo de Retención (días)

30 – 35 6,8 - 7,5 20 – 30 10 – 25

Relación agua/ sólidos

6 – 10

Fuente. Silva, 2000.  44

BIAVA. Nass. Digestión anaeróbica de Fecas de Conejos (Oryctolagus Caniculus) para la Producción de Biogás. Chile, 1988. Trabajo de grado Cs. Universidad Austral de Chile. Citado por: Citado por: TELLEZ. Cristian. Diseño y selección de elementos para una planta de Biogás. Trabajo de grado Ingeniero Mecánico. Chile: Universidad Austral de Chile. Facultad de Ingeniería, 2008. 73 p. 45 SALAMANCA TAMAYO, Jairo. Diseño, Construcción y Puesta en Marcha de un Biodigestor a Escala Piloto para la Generación de Biogás y Fertilizante Orgánico. Trabajo de grado Ingeniero Químico. Quito: Universidad San Francisco de Quito. Facultad de Ciencias, 2009. 131 p. 46 CENDALES, Op. cit. p. 16.

 

  Tanto la relación agua / sólidos como el tiempo de retención dependen del sustrato a cargar y de la temperatura respectivamente. Cabe anotar que las variaciones sustanciales en algunos otros parámetros como el pH y la relación C/N pueden redundar en cambios en la eficiencia de digestión o detenimiento del proceso fermentativo. 2.3.5.1 Temperatura. La temperatura es uno de los parámetros más importantes que afecta directamente el desarrollo del proceso de digestión anaerobia, entre otras cosas porque con esta se determina el tiempo de retención de la mezcla dentro del digestor47. Hay 3 rangos de temperatura óptimos para el buen funcionamiento del proceso de crecimiento bacteriano y digestión de la MO, Cendales48 los organiza y define de la siguiente manera: psicrofílico (45°C). Tabla 6. Rangos de temperatura para digestión Materiales

Temperatura

Duración aproximada

Psicrófilos

< 25 ºC

30 - 60 días

Mesófilos

25 ºC - 45 ºC

20 – 25 días

Termófilos

> 45 ºC

10 – 15 días

Fuente. Salamanca, 2009.

Para Cendales49 es importante que el incremento en la temperatura sea directamente proporcional al crecimiento bacteriano y conversión metabólica, aún así el proceso exige en esta temperatura mayor estabilidad, requerimientos energéticos, variaciones importantes en los rangos de temperatura termofílica ocasiona mortandad bacteriana, por ende detiene o disminuye el proceso de digestión y aumenta el tiempo de retención. Por lo anterior se entiende que es de suma importancia mantener la temperatura adecuada dentro del digestor, donde el rango mesofílico es el más adecuado y sencillo de controlar, además que cambios bruscos pueden ocasionar incrementos o disminución en la digestión y menor probabilidad en mortalidad bacteriana.

 47 48 49

LOPEZ, Op. cit. p. 6 CENDALES, Op. cit. p. 18. Ibid., p. 18.

 

  Tabla 7. Rendimiento de gas con materiales a diferente temperatura Mesofílico (35 °C) Ambiente (8 – 25 °C) 3 Materiales m /día m3/día Estiércol de cerdo 0,42 0,25 – 0,3 Estiércol de vaca 0,3 0,2 – 0,25 Estiércol humano 0,43 0,25 – 0,3 Fuente. Salamanca, 2009.

La tabla 7 muestra el rendimiento a diferentes temperaturas de acuerdo a un tipo de sustrato diferente, se observa como la variación de la temperatura es directamente proporcional a la generación de biogás. 2.3.5.2 pH. El pH es uno de los parámetros que ejerce una gran influencia sobre la estabilidad del proceso, puesto que es una de las variables que regula la coexistencia de las poblaciones microorganismos, aunque directamente no genera un valor agregado a la eficiencia del biogás si es un parámetro de control para la subsistencia de los microorganismos degradadores. Las bacterias responsables del mecanismo de producción de biogás son altamente sensibles a cambios en el pH50. Los ácidos grasos volátiles (AGV) y el acetato tienden a disminuir el pH del sustrato. Si las bacterias metanogénicas no alcanzan a convertir rápidamente los AGV a medida que lo producen las bacterias acetogénicas, estos se acumulan y disminuyen el pH en el digestor. Una disminución del pH trae como resultado la inhibición del crecimiento de las bacterias metanogénicas. Ello redunda en la disminución de la producción de metano y crece el contenido de dióxido de carbono, a su vez se produce olores desagradables por el aumento del contenido de sulfuro de hidrógeno51. De acuerdo a Biava52 el valor óptimo de pH para la materia orgánica a digerir dentro del digestor es entre 6,6 y 7,6. Fuera de estos rangos la producción de metano puede incluso detenerse. 2.3.5.3 Tipo de materia prima. Las materias primas fermentables incluyen dentro de un amplio espectro a la biomasa vegetal, excrementos animales y humanos, aguas residuales, y restos de cosechas. El proceso microbiológico no solo requiere de fuentes de carbono y nitrógeno sino que también deben estar presentes en un cierto equilibrio sales minerales (azufre, fósforo, potasio, calcio,  50 51 52

LOPEZ, Op. cit. p. 13 CENDALES, Op. cit. p. 18. BIAVA. Nass, Op. cit. p. 10.

 

  magnesio, hierro, manganeso, molibdeno, zinc, cobalto, selenio, tungsteno, níquel y otros menores). En lo pertinente a estiércoles animales la degradación de cada uno de ellos dependerá fundamentalmente del tipo de animal y la alimentación que hayan recibido los mismos. Más adelante se describirán las principales características del estiércol tanto porcino como bovino. En cuanto al volumen de estiércol producido por las distintas especies animales son variables de acuerdo fundamentalmente al peso y al tipo de alimentación y manejo de los mismos. Los valores tanto de producción como de rendimiento en gas de los estiércoles presentan grandes diferencias, aunque hay muchos valores teóricos, hay otros factores que afectan la producción de biogás que entran en juego con la materia orgánica digerida, esto es debido al sin número de factores intervinientes que hacen muy difícil la comparación de resultados. Es importante mencionar que cada tipo de materia orgánica en su degradación tiene un potencial de generación de metano, a continuación se presenta en la tabla 8 una comparación de diferentes tipos de materia orgánica y su potencial de generación de metano. Tabla 8. Potencial de producción de metano Residuo orgánico PCH4 (m3 CH4/Kg SV) Vaca 0.2 Res 0.35 Cerdo 0.45 Gallina 0.39 Fuente. Chungandro, 2010.

Es importante anotar que en el desarrollo de este documento se evidenciarán las diferencias de composición y características de las excretas porcinas y bovinas además de cómo impacta estas diferencias en la digestión y en los niveles de generación de biogás y bioabono. 2.3.5.4 Tiempo de retención. Debido a que el proceso de producción de gas es lento, mientras más tiempo estén las sustancias descargadas en el biodigestor, mayor será la producción de biogás. El tiempo que permanece una materia orgánica bajo digestión anaeróbica dentro de un digestor se conoce como tiempo de retención de la mezcla. La relación entre la temperatura y el tiempo de retención son inversamente proporcionales, aunque depende de las condiciones de los parámetros antes  

  mencionados (tipo materia orgánica, pH, etc.). Según Ferreira, Lucas53 los tiempos de retención presentan una relación directa con la estabilización del sistema y con la carga contaminante a remover. El tiempo de retención hidráulico se calcula dividiendo el volumen del digestor, sobre la media de la carga diaria, claro está sin desconocer que afecta otros factores, ya que si los cálculos del tiempo de retención se realizan mal específicamente corto, las bacterias no tienen tiempo de formarse, crecer y por ende degradar. Las bacterias requieren un periodo mínimo para que puedan reproducirse, es por ello que como precaución el tiempo de retención debería ser mayor de diez días como mínimo para la producción de bacterias, caso contrario a lo anterior es cuando los tiempos de retención son muy largos ya que causan ineficiencia en la degradación.54 2.3.5.5 Nutrientes y relación carbono nitrógeno. Todos los organismos necesitan de nutrientes para crecer y reproducirse, las cantidades varían manteniendo una relación constante unos con respecto a otros. El carbono constituye la fuente de energía y el nitrógeno forma las nuevas cadenas de las bacterias metanogénicas. Estas bacterias consumen 30 veces más carbono que nitrógeno, por lo que la relación óptima es del orden de 30:1. Si hay exceso de nitrógeno, se produce amoniaco en grandes cantidades el cual es un inhibidor, si por el contrario existe poco nitrógeno las bacterias no se multiplican y por lo tanto se limitará la producción de biogás55. 2.3.6 Biogás. Como ya se mencionó anteriormente el biogás es un resultante combustible proveniente de la degradación o digestión anaeróbica de la materia orgánica puesta en un digestor bajo algunas condiciones de operación que ese evidenciara más adelante. La ventaja principal de la generación y utilización del biogás es la reincorporación al proceso de residuos los cuales son transformados en energía para sustento de la misma operación, tal es así que como compuesto combustible puede destinarse para fines energéticos y para suplir necesidades caloríficas. Otras ventajas que vale la pena mencionar son disminución de cargas contaminantes tanto por la materia orgánica (MO) utilizada como la baja concentración de emisiones de  53

FERREIRA. Fernanda; LUCAS. Jorge y AMARAL Luiz. Partial characterization of the polluting load of swine wastewater treated with an integrated biodigestion system. En: Bioresource Technology. Vol. 90, Inssue 2, (Nov. 2003); p. 101 – 108. SALAMANCA, Op. cit. p. 93. 55 CURRIE.Varnero. Biogás en Chile. En: Revista Simiente. Vol. 62. Chile, (Nov. 1992). P. 103 -108. Citado por: TELLEZ. Cristian. Diseño y selección de elementos para una planta de Biogás. Trabajo de grado Ingeniero Mecánico. Chile: Universidad Austral de Chile. Facultad de Ingeniería, 2008. 73 p. 54

 

  combustibles fósiles, generación de gas para labores de cocina, e independencia energética. El biogás obtenido en esta transformación lo constituye una mezcla de gases combustibles y la composición depende del tipo de material orgánico utilizado en la digestión y de las condiciones de operación de los reactores. El biogás contiene aproximadamente un 60% de metano y 40% de dióxido de carbono; la pequeña cantidad de ácido sulfhídrico da al gas un olor de huevos podridos. El valor calorífico del biogás es 20 – 30 MJ de energía calórica por m³ de gas. La tabla 9 se resume la composición química del biogás56. A continuación se relacionan los principales componentes del biogás y él porcentaje (%) que lo compone. Tabla 9. Componentes principales del biogás Componentes Porcentaje Metano (CH4)

50-70

Dióxido de carbono (CO2)

30-50

Nitrógeno (N2)

0-3

Ácido sulfhídrico (H2S) Monóxido de carbono (CO) Vapor de agua Fuente. Chungandro, 2010.

0-1 0 - 1,5 Variable

Según la Guía Ambiental Colombiana para el sector porcícola57 la producción de biogás se estima que a partir del estiércol generado por un cerdo adulto es de 0.28 a 0.34 m3 de biogás. Por otra parte cada 1.000 kg de peso vivo de cerdo se produce 4.8 kg de sólidos volátiles por día que pueden ser digeridos para producir 2 m3 de biogás que tienen el calor equivalente a 2 litros de propano, los cuales se pueden quemar en un generador para producir 3.5 Kw h/día. En paralelo y según el AFCA para el caso del ganado vacuno se estima que 1 vaca cuyo peso promedio es 500kg produce 1.25m3 por día58. 2.3.7 Bioabono. Tanto el biogás como el bioabono son resultado del tratamiento adecuado de residuos que generalmente se toman como desperdicios de un  56

SILVA VINASCO, Juan. Tecnología del Biogás. [Online]. < www.bvsde.paho.org/bvsaar/e/fulltext/gestion/biogas.pdf> [Citado 5 Agosto de 2011] 57 COLOMBIA. GUÍA AMBIENTAL PARA EL SUBSECTOR PORCÍCOLA. Asociación colombiana de porcicultores. 2002. 58 AFCA. Biogás en la ganadería de vacuno. En: Revista AFCA Asociación Frisona de Cantabria. Vol. 13, (Dic. 2009); p. 33.

 

  proceso y que potencialmente se convierten en ahorros, disminución de costos e ingresos. El biofertilizante o bioabono, es un compuesto proveniente del efluente de la digestión de materia orgánica, puede estar en forma líquida o semisólida tipo lodo, es un abono orgánico rico en nutrientes capaz de mejorar las propiedades físicas y químicas del suelo, sus cantidades de nitrógeno, fósforo y potasio capaz de aportar al suelo, permiten sustituir parcial o totalmente el uso de abonos químicos. Este material digerido no posee mal olor, no atrae moscas y no contamina, ya que durante el proceso de digestión anaeróbica se eliminan en forma drástica los microorganismos patógenos59. Durante el proceso de fermentación se pierde del 5 al 30% de sólidos totales, esto depende directamente de la producción de biogás60. Es decir que a la carga total es preciso descontarle él % de sólidos totales el cual se degrada en biogás. 2.4 MARCO NORMATIVO Las normas, leyes, decretos, etc., son base fundamental de la organización de un país, de una ciudad, de un proceso y de muchas actividades más que requieren de unos parámetros mínimos de alineación. Es importante tener en cuenta que al igual que todos los sectores económicos en Colombia, son regulados y medidos mediante una serie de normas, leyes y decretos establecidos. El sector de alimentos, para este caso el beneficio de ganado tiene asociados a su operación una serie de normas las cuales se deben cumplir. A continuación se relaciona en el cuadro 2 las leyes, decretos y/o resoluciones establecidas por el gobierno nacional para el sector, las cuales están ordenadas de acuerdo al flujo del proceso dependiendo de las características del proceso.

 59

FUENZALIDA. Alejandra. Estudio de la Pre-Factibilidad técnico económica para la instalación de una planta generadora de biogás a partir de la utilización de desechos orgánicos. Trabajo de grado Ingeniero Mecánico. Chile: Universidad Austral de Chile. 1995. 131 p. Citado por: TELLEZ. Cristian. Diseño y selección de elementos para una planta de Biogás. Trabajo de grado Ingeniero Mecánico. Chile: Universidad Austral de Chile. Facultad de Ingeniería, 2008. 73 p. 60 MONAR, Ulises. Diseño de un biodigestor para una finca del recinto San Luis de las Mercedes del cantón las naves de la provincia de Bolívar. Trabajo de grado Ingeniero mecanico. Guayaquil: Escuela superior Politécnica del Litoral. 2005. 87 p.

 

  Cuadro 2. Marco operativo para el sacrifico y el faenado Flujo del proceso

Ingreso a la planta

Agentes responsables

Funciones

Normas

1. Transporte

1. Transportadores

Ley 9/79

2. Admisión de animales

2. Operarios

Decreto 1036/91

3. Desembarque

3. Veterinario 4. Administración de la planta

Decreto 2278/82 Decreto 2858/81

6. Inspección ante mortem 1. Aturdimiento (pistola neumática de perno o puntilla)

1. Operarios responsables

Ley 9/79

2. Degüello o sangría

2. Jefe de planta

4. Conducción a corrales de cuarentena o báscula 5. Baño externo

Sacrificio * Baño postsangría; escaldado, depilado, flameado y raspado

3. En porcinos se incluye: *

Decreto 1036/91

1. Corte de cuernos

1. Operarios

Ley 9/79

2. Corte de extremidades

2. Veterinario oficial

3. Ligado de recto

3. Entidad territorial

Decreto 1036/91

Procesos de transporte de:

1. Operarios

Ley 9/79

1. Subproductos comestibles

2. Veterinario

4. Ligado de esófago 5. Corte de la cabeza 6. Desuello 7. Corte del esternón Faenado

8. Evisceración 9. Corte de la canal 10. Inspección post – mortem 11. Orden de inspección 12. Retención y decomiso 13. Lavado de la canal 14. Pesaje y clasificación de la canal 15. Almacenamiento de la canal

Manejo de subproductos

2. Subproductos no comestibles

Decreto 1036/91

3. Subproductos opoterápicos 1. Desagües

1. Operarios

Ley 99/93

2. Plataformas

2. Veterinario 3. Administración de la planta

Decreto 2820/2010

3. Mesas de desuello Higiene y desinfección

4. Mesas de inspección de

Decreto 1036/91

vísceras, equipos y dotaciones, infraestructura y operarios

Decreto 1575/2007 Decreto 1594/84 Decreto 3930/2010

5. Sierras para extracción de cuernos,

Decreto 2278/82

de pechos y para abrir la canal

Resolución 372

6. Cuchillos

 

Decreto 901/97

  Cuadro 2. (Continuación) Flujo del proceso Transporte y refrigeración

Agentes responsables

Funciones

Normas

1. Frío en planta

1. Operarios

Ley 9/79

2. Frío en transporte

2. Transportadores

Decreto 1036/91

1. Pre-tratamiento

1. Operarios 2. Administración de la planta

Ley 99/93

3. Jefe de la planta 4. Funcionarios responsables del

Decreto 1575/2007

control ambiental.

Decreto 1036/91 Decreto 1594/84 Decreto 3930/2010

1. Corte de cuernos

1. Operarios

Ley 9/79

2. Corte de extremidades

2. Veterinario oficial

Decreto 1036/91

3. Ligado de recto

3. Entidad territorial

Decreto 2278/82

2. Tratamiento primario 3. Tratamiento secundario Manejo de residuos líquidos y sólidos

4. Tratamiento terciario

Ley 9/79

Decreto 901/97

Resolución 0372

4. Ligado de esófago 5. Corte de la cabeza 6. Desuello 7. Corte del esternón Faenado

8. Evisceración 9. Corte de la canal 10. Inspección post – mortem 11. Orden de inspección 12. Retención y decomiso 13. Lavado de la canal 14. Pesaje y clasificación de la canal 15. Almacenamiento de la canal

Manejo de Subproductos

Procesos de transporte de:

1. Operarios

Ley 9/79

1. Subproductos comestibles

2. Veterinario

Decreto 1036/91

1. Desagües

1. Operarios

Ley 99/93

2. Plataformas

2. Veterinario 3. Administración de la planta

Ley 9/79

2. Subproductos no comestibles 3. Subproductos opoterápicos

3. Mesas de desuello 4. Mesas de inspección de Higiene y Desinfección

Decreto 1575/2007

vísceras, equipos y dotaciones,

Decreto 901/97

infraestructura y operarios

Decreto 1036/91

5. Sierras para extracción de cuernos, de pechos y para abrir la canal

Decreto 1594/84 Decreto 3930/2010

6. Cuchillos

Decreto 2278/82

7. Otros utensilios y dotación personal

Resolución 372

 

Decreto 2820/2010

  Cuadro 2. (Continuación) Flujo del proceso Transporte y Refrigeración

Funciones

Agentes responsables

1. Frío en planta

1. Operarios

2. Frío en transporte

2. Transportadores

Normas Ley 9/79 Decreto 1036/91 Decreto 2278/82

1. Pre-tratamiento 2. Tratamiento primario 3. Tratamiento secundario Manejo de residuos líquidos y Sólidos

4. Tratamiento terciario

1. Operarios 2. Administración de la planta

Ley 99/93

3. Jefe de la planta 4. Funcionarios responsables

Decreto2820/2010 Decreto1594/84 Decreto 3930/2010

del control ambiental.

Decreto 1575/2007

Ley 9/79

Decreto901/97 Decreto 1036/91 Resolución 372

Fuente. Guía ambiental plantas de beneficio, 2002. Para ver detallado cada ley, decreto y resolución que se mencionaron en el cuadro anterior, ver anexo C.

 

  3. CARACTERIZACIÓN Y CUANTIFICACIÓN DEL ESTIÉRCOL Un manejo inadecuado de las excretas porcinas y vacunas se traduce en un grave y severo problema debido al alto impacto ambiental, contaminación por nitritos y nitratos, metales pesados y resto de nutrientes61. Teniendo en cuenta que las excretas de los vacunos y los porcinos son las que se generan en los camiones en que son transportados hasta el frigorífico y la de los corrales de las plantas de beneficio animal, mientras se realiza la inspección ante morten para garantizar una buena inspección sanitaria, y que representan la base de carga para el biodigestor y su respectivo tratamiento para la obtención principalmente de biogás y abono orgánico, se presenta a continuación: las características del sustrato en cuanto a parámetros físico - químicos, cantidad de estiércol generada por día, entre otros factores. Es importante resaltar que dichas excretas tienen la propiedad de que no contienen contaminantes, patógenos, ni metales pesados, lo que las hace denominarse como excelentes sustratos para la digestión anaerobia62. Las excretas porcinas para el proceso de digestión anaerobia se destacan por su alta capacidad para producir metano, además porque contienen alta concentración de nutrientes comparados con otros sustratos63; dichas excretas gozan de esta propiedad debido a que los cerdos son ineficientes al asimilar los nutrientes, lo que genera que desperdicien altos porcentajes de alimento, por esta razón cerca del 1.3% de su excreta generada contiene nitrógeno, fósforo y potasio, los cuales son considerados como fertilizantes primarios, y fertilizantes secundarios tales como el calcio, cloro, azufre, sodio, etc. que representan otro 1.2% de la misma64. Por otra parte las excretas generadas por los bovinos es un sustrato complejo que presenta considerables contenidos de materiales orgánicos disueltos y particulados, dentro de los que se incluyen polisacáridos, lípidos, proteínas y ácidos grasos volátiles (AGV), además de un conjunto de compuestos inorgánicos65. Estos dos tipos de sustratos son denominados como excelentes para realizar el proceso de digestión anaeróbico, debido al gran contenido de nutrientes necesario para el desarrollo de las poblaciones anaeróbicas.

 61

EXPOSITO, Germán. Modelización de procesos biológicos para la eliminación de residuos ganaderos, teniendo en cuenta sus condicionantes especiales. Tesis de doctorado. Madrid: Universidad politécnica de Madrid. Departamento de ordenación del territorio, urbanismo y medio ambiente.2004. 352 p. 62 Rivas, Op. cit. p. 41. 63 64 65

OSORIO, Op. cit. p. 4146 OSORIO, Op. cit. p. 4147 CENDALES LADINO, Op. cit. p. 21

 

  3.1 CANTIDAD DE ESTIÉRCOL La cantidad de estiércol generada por este tipo de especies se puede ver afectada por factores tales como: edad del animal, madurez fisiológica, cantidad y calidad del alimento ingerido, volumen de agua consumida y el clima66. A continuación se presenta en el cuadro 3 los valores y características del estiércol y orina como proporción del peso vivo (%), es decir los kg de estiércol y orina por cada 100 kg de peso vivo. Cuadro 3. Valores y características del estiércol % del material de % por peso vivo digestión Clase de animal Sólidos Estiércol Orina Sólidos orgánicos

Producción de biogás Relación (m3 de gas / C/N 1kg Sol Org.) 20 0,250

Vacunos

5,0

4,0

15 - 16

13

Cerdos

2,0

3,0

16

12

13

0,350

3,0

1,5

30

20

30

0,200

5,0

4,0

25

15

20

0,250

4,5

4,5

25

17

5-8

0,400

1,0

2,0

20

15

8

0,300

Caprinos, ovejas Caballos Avícolas, gallinas Humanos

Fuente. Téllez, 2008. En el cuadro 3, se observa que se genera mayor cantidad de estiércol y orina en los vacunos por cada 100 kg de peso vivo que los porcinos, es decir, que para un vacuno de aproximadamente 400 kg que es el peso promedio de los vacunos que sacrifican en los frigoríficos de Bogotá, se generan 20 kg de estiércol y 16 kg de orina, mientras que para un porcino de 150 kg de peso, se generan 3 kg de estiércol y 4.5 kg de orina. Adicional es importante anotar que del total de estiércol y orina generada por un vacuno, el porcentaje de estiércol es mayor que el de la orina, es decir, que el estiércol representa el 55.55% y la orina un 44.45%; en cambio para el caso de los porcinos, el porcentaje mayor corresponde a orina con un 60% y de estiércol un 40%, además este tipo de estiércol tiene la característica de que el contenido de humedad de la excreta está alrededor del 88%.

 66

EXPOSITO, Op.cit. p. 30

 

  El peso promedio de los porcinos fue establecido con base en la tabla 10, tomando como supuesto que a los frigoríficos llegan hembras vacías, las cuales tienen la capacidad de generar 4.61 kg de estiércol y orina por cada 100 kg de peso vivo. Tabla 10. Producción de materia fecal y orina como proporción de peso vivo Cantidad de estiércol y orina (kg)/por cada 100 kg de peso vivo 4.61

Rango

Peso del animal(kg)

Estiércol en kg/cabeza/día

3.3 – 6.4

150

6.91

Hembra gestante

3.00

2.7 – 3.2

180

5.40

Hembra lactante

7.72

6.0 – 8.9

190

14.67

Macho reproductor

2.81

2.0 – 3.3

160

7.38

Lechón lactante

8.02

6.8 – 10.9

3.5

0.28

Precebos

7.64

6.6 – 10.6

16

1.22

Levante

6.26

5.9 – 6.6

35

2.19

Finalización

6.26

5.7 – 6.5

80

5.01

Estado Hembra vacía

Fuente. López, 2003.

3.2 PARÁMETROS FÍSICO QUÍMICOS Para determinar el contenido de la materia orgánica en las excretas de los animales objetos de estudio, unos de los principales parámetros físico-químicos se encuentran determinados por la DBO y la DQO. La DQO es la cantidad, en mg, de oxígeno requerido para la oxidación, mediante un oxidante fuerte, de las sustancias reductoras presentes en un litro de muestra de material de desperdicio o excreta en este caso de vacuno o porcino. El cambio de valores de la DQO antes y después del proceso en el que intervienen las bacterias en el proceso de degradación, puede indicar la eficiencia en el proceso de digestión anaerobia67. Por otra parte la DBO representa la cantidad demandada de oxígeno en mg/L para la descomposición de sustancias orgánicas, a través de microbios aeróbicos. El valor de la DBO también puede sugerir cuál método puede ser el más conveniente para el tratamiento de un residual dado68. La tabla 11 muestra de manera general las características más importantes presentes en las excretas de los porcinos.

 67 68

LOPEZ, Op. cit. p. 7 Ibid., p. 7

 

  Tabla 11. Concentración media de algunos parámetros de los purines de cerdo Parámetro Concentración Materia seca 5–7% DBO5 15.000 – 25.000 mg/l DQO 35.000 – 60.000 mg/l N amoniacal 3.000 – 5.000 mg/l Sodio 1.000 – 2.000 mg/l Fósforo 1.000 – 3.000 mg/l Potasio 1.000 – 3.000 mg/l Cobre 20 – 40 mg/l Zinc 20 – 40 mg/l Hierro 50 – 150 mg/l Fuente. Expósito, 2004. La tabla anterior presenta una DBO5 de 15.000 – 25.000 mg/l, lo que significa que este valor es la cantidad que se requiere de oxígeno para la descomposición de sustancias orgánicas, a través de microbios aeróbicos, y la DQO 35.000 – 60.000 mg/l, parámetro que nos puede indicar la eficiencia en el sistema de tratamiento empleado, este valor indica que se encuentra un alto contenido de materia orgánica, el cual requiere ser tratado, es decir, que se espera que este parámetro en el efluente sea menor. Mientras que en la tabla 12 se presentan los valores correspondientes a estos dos parámetros en mención, como un valor fijo, en la tabla inmediatamente anterior, estos valores se presentan en forma de intervalo, pero en términos generales la concentración es similar. Tabla 12. Concentración media de algunos parámetros de los purines de vacuno Parámetros Concentración Materia seca 7,00% DBO5 15.000 mg/l DQO 60.000 mg/l NTK 4.500 mg/l Fósforo (P2O5) 1.700 mg/l Potasio (k2O) 5.800 mg/l Fuente. Expósito, 2004. De acuerdo a la información contenidas en las tablas 11 y 12, en el parámetro que se muestra mayor diferencia es el potasio, presentando un valor para el purín de cerdo de 1.000 – 3.000 mg/l, mientras que para el purín vacuno es de 5.800 mg/l.  

  Otro aspecto para resaltar de las dos tablas anteriores es que contienen una elevada concentración de nutrientes los cuales son asimilables por las plantas. Luego de identificar los parámetros físico químicos tanto de las excretas vacunas como porcinas, se determina que para el tratamiento de dichas excretas se realizará de forma separada, esto soportado en la diferencia en la relación carbono nitrógeno, ya que para estiércol vacuno la relación es 20 de acuerdo con el cuadro 3, es decir, que la proporción carbono - nitrógeno es 20:1, esto representa que la bacteria encargada del proceso anaerobio utiliza el carbono más rápido que el nitrógeno; cabe resaltar como se había dicho anteriormente que este parámetro no debe exceder la relación 30:1 ya que el nitrógeno se eliminaría antes que el carbono y esto podría ser fatal para las bacterias69. Lo que marca la pauta para establecer que el proceso de fermentación ha finalizado es cuando se ha consumido todo el carbono. Si la relación es baja, como en el caso de las excretas porcinas que corresponde a 13:1 por el contrario el C se terminará antes que el N, generando que el proceso de fermentación se detenga. La idea de la digestión anaeróbica es convertir todo el carbono posible a CH4, con la menor pérdida posible de N70. Si por algún motivo llegase a presentarse un exceso de nitrógeno, se produce amoniaco en grandes cantidades el cual es un inhibidor, y si por el contrario existe poco nitrógeno, las bacterias no se multiplican y por lo tanto se limitará la producción de biogás71. 

 69 70 71

LOPEZ, Op.cit. p. 21 LOPEZ, Op.cit. p. 22 CURRIE, Op.cit. p. 16.

 

  4. DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL BIODIGESTOR PROPUESTO Para determinar las dimensiones del biodigestor propuesto, es necesario determinar la carga diaria. Cabe resaltar que de acuerdo a lo mencionado anteriormente el régimen de carga es semi continuo. Además el tratamiento de estas excretas se realizará de forma separada, debido a la diferencia que presenta en el parámetro relación C/N, ya que puede causar alteraciones en la eficiencia del proceso de digestión anaerobia. 4.1 DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL BIODIGESTOR PARA EL MANEJO DE LAS EXCRETAS DE LOS VACUNOS Para el caso del ganado vacuno se propone y se dimensiona un biodigestor tipo Plug Flow, y una de las principales ventajas de este tipo de biodigestor como se había mencionado en el capítulo 2, es que no necesita ningún tipo de agitación. Por otra parte trabaja sólo con estiércol vacuno, debido a su alto contenido de fibra, resultando más seca, que debe tener un contenido de sólidos entre el 11% y el 13%; que comparado con el estiércol porcino este último presenta un contenido de humedad alrededor del 88%. En este tipo de biodigestores el tiempo de retención de la mezcla (agua estiércol) corresponde a 20 días como máximo cuando la temperatura es 37.5ºC72 (rango mesofílico) para garantizar que la temperatura mencionada anteriormente se mantenga dentro del reactor, es necesario adaptar un intercambiador de calor interno o externo que no permita variaciones mayores a 0.5ºC73. 4.1.1 Cálculo de la cantidad de estiércol. Teniendo en cuenta que la cantidad de ganado vacuno sacrificado a diario en los frigoríficos de Bogotá de acuerdo con las cifras reportadas al principio de este documento 1.408 cabezas diarias, esta cifra es la base de cálculo para cuantificar el estiércol y la orina. La cantidad de materia prima para carga es calculada a continuación: E = NA X PVP X PE/100 En donde,  72

DUQUE, Carlos. Plug flow biodigester evaluation. En: Revista Livestock research for rural development. 2006, Vol.18 N° 4, p. 18 - 31 73 NRCSS. Natural resource conservation service standards. Code 363-I. Canadá. 1999. 138 p. Citado por: MANTILLA, Juan., et al. Diseño y estudio económico preliminar de una planta productora de biogás utilizando residuos orgánicos de ganado vacuno. En: Revista Ingeniería e Investigación. Vol. 27, numero 003 (2007); p. 133 -142.

 

  E = Estiércol generado en kilogramos por día NA = Número de vacunos (1.408) PVP = Peso vivo promedio de vacuno PE = Producción de estiércol por animal por día en porcentaje de peso vivo. Este porcentaje es de 5% (ver cuadro 3) E = 1.408 Vacunos X 400Kg X 0.05 E = 28.160 Kg. /día Cálculo de la cantidad de orina O = NA X PVP X PO/100 En donde, O = Orín generada en kilogramos por día NA = Número de vacunos PVP = Peso vivo promedio de vacuno PO = Producción de orín por animal por día en porcentaje de peso vivo. Para este cálculo se asume que 1 litro de orín pesa 1 kilogramo. El porcentaje es de 4% (ver cuadro 3) O = 1.408 Vacunos X 400Kg X 0.04 O = 22.528 Kg. /día Materia prima para cargar MPC = O + E Donde, MPC = Materia prima para carga en kilogramos por día. E = Estiércol en kilogramos por día O = Orín en kilogramos por día. MPC = 28.160 Kg. /día + 22.528 Kg. /día MPC = 50.688 Kg. /día  

  Porcentaje de sólidos totales (%ST) %ST = (E * %EST) / MPC Donde, %ST = Porcentaje de sólidos totales contenidos en la materia prima para carga MPC = Materia prima para carga en kilogramos por día. %EST = Porcentaje de sólidos en el estiércol. Este porcentaje corresponde a 16% (ver cuadro 3) E = Estiércol en kilogramos por día. %ST = (28.160 Kg/ día x 16)/ 50.688 %ST = 8,88 La cantidad de agua necesaria para garantizar el contenido de sólidos entre el 11% y el 13% mencionados anteriormente, es de 0.0028 m3 por vacuno. Es decir que la cantidad de agua requerida para las 1.408 cabezas que son sacrificadas a diario es de: H2O necesaria diaria = 1.408 vacuno X 0.0028 m3 / vacuno H2O necesaria diaria = 3,942 m3 Sumando las cantidades de estiércol, orina y agua, se obtiene: Total de carga diaria = 28,160 m3 + 22,528 m3 +3,942 m3 Total de carga diaria = 54,63 m3 4.1.2 Cálculo tanque de recolección. Para calcular las dimensiones del tanque de recolección, es importante contemplar que en caso de tener un problema con el biodigestor o con cualquier otro componente de la planta, es necesario, que la capacidad de dicho tanque sea mayor a tres veces el volumen de la carga diaria74, 54,63 m3 X 3 = 163,89 m3 El material en que puede ser construido este tanque corresponde a concreto o mampostería. Para efectos del desarrollo de este trabajo el material seleccionado  74

MANTILLA, Op.cit. p. 137

 

  es mampostería por dos razones fundamentalmente, la primera es que para la construcción resulta ser más fácil y la segunda por temas económicos. A continuación se presenta en la figura 4 las dimensiones. Figura 4. Dimensiones del tanque de recolección biodigestor tipo Plug Flow

Fuente. Los autores 4.1.3 Conducción de la mezcla. La conducción de la mezcla desde el tanque de almacenamiento hasta el digestor, se hará a través de una bomba sumergible, conectada a un motor jaula de ardilla a 1.800 rpm (ver figura 7). El caudal manejado es de 78,9 galones por minuto. Es importante mencionar que dicha bomba, se escoge teniendo en cuenta que ofrece características especiales para el manejo de mezclas con un cierto contenido de fibra, como lo posee el estiércol vacuno, gracias a que posee un rotor con forma de “S”, que sirve como una cuchilla para la homogenización de la mezcla, además la bomba sólo se encuentra en operación cuando el digestor está en proceso de carga, manejando un caudal de aproximadamente 18 m3/hora, este caudal representa dos ventajas esenciales, la primera es que permite evitar el choque térmico que puede producirse si una gran masa de mezcla entra al digestor, y la segunda es que la descarga del material digerido se hace de una forma mucho más gradual, evitando que salga material sin digerir. 4.1.4 Volumen del biodigestor. Para calcular el volumen del biodigestor, se multiplica el total de la carga diaria por los días de retención, para este caso es de 20 días, Volumen del biodigestor = 54,63 m3 X 20 = 1.092,608 m3 Las dimensiones correspondientes al tanque digestor se ilustran en la figura 5.  

  Figura 5. Dimensiones del biodigestor

Fuente. Los autores 4.1.5 Producción de biogás. El cálculo del digestor muestra que la producción de gas es de aproximadamente 1.801,71 m3 / día. Para el almacenamiento del gas producido, es recomendable tener en el digestor un espacio capaz de contener el gas producido durante cuatro a doce horas75, es decir, que para dicho gas producido durante ocho horas se tendrá que disponer de un volumen de almacenamiento igual a 600,57 m3 (Figura 5), para un volumen total del biodigestor de 1693.178 m3. Para el almacenamiento del gas, es necesario disponer de aproximadamente 369 m2 de Hypalon el cual debe sellarse con calor a las paredes del tanque y resistir los rayos ultravioleta y las condiciones climáticas adversas76. 4.1.6 Producción de bioabono. Esta producción como se había mencionado en el capítulo 3 de este trabajo, depende del proceso de fermentación, ya que se puede perder entre el 5 al 30% de sólidos totales y depende directamente de la producción de biogás, para un cálculo de forma conservadora se asume que se pierde el 30%, es decir que para la producción de bioabono se toma el 70% de la carga diaria, es decir, 54,63 m3 X 0.7 = 38,241 m3 4.1.7 Conducción del biogás. Para la conducción del biogás la tubería seleccionada es de PVC para gas natural de 2”, se deben disponer de válvulas de bola al principio y al final de la línea, con los respectivos manómetros en las  75 76

NRCSS. Op. Cit., p. 138 MANTILLA, Op.cit. p. 6

 

  mismas posiciones. Por otra parte como sistema de control es importante instalar, a la salida de la cubierta del digestor, un sensor de temperatura, un sensor de presión, así como un sensor de caudal a la entrada al motor. Así mismo dos sistemas que poseen válvula de alivio (la cual se usa en caso de una presión excesiva en el globo), trampa de llama y un quemador de exceso de gas. 4.1.8 Tanque del efluente. Otro aspecto para tener en cuenta en el dimensionamiento de los componentes del biodigestor, es el tanque del efluente; el cual es el encargado de recoger la mezcla digerida, mezcla que será empleada como abono. El volumen de este tanque se recomienda que sea aproximadamente nueve veces que el del tanque de recolección77. En la figura 6 se relacionan las dimensiones. Figura 6. Dimensiones del tanque del efluente

Fuente. Los autores 4.1.9 Intercambiador de calor. El intercambiador de calor se encuentra ubicado dentro del digestor, cuyo fin es el de elevar la temperatura de la mezcla para mejorar la eficiencia de la digestión, y garantizar los 37.5°C mencionados anteriormente, con variaciones no mayores a los 0.5°C.

 77

NRCSS, Op.cit. p. 139

 





Fuente. Los autores 

Figura 7. Esquema general biodigestor y sus componentes tipo plug flow

El principio de funcionamiento de dicho intercambiador es que distribuye el agua de refrigeración por seis tubos calentándola, de esta forma se calcula que a la salida del digestor el agua debe tener una temperatura de entre 43% y 73 ºC, dependiendo del coeficiente global de transferencia de calor.



  4.2 DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL BIODIGESTOR PARA EL MANEJO DE LAS EXCRETAS PORCINAS Una vez establecidos los parámetros de funcionamiento del biodigestor para el tratamiento de las excretas de los vacunos, se procede a determinar esos mismos parámetros para las excretas porcinas. Para este caso se dimensiona un biodigestor plástico de flujo continuo tipo CIPAV calibre 8 con protección contra los rayos ultravioleta, que al doblarlo queda de calibre 16 y ofrece mayor resistencia y duración. Dicha bolsa es instalada en una fosa, cuyas dimensiones dependen del diámetro del plástico y del tamaño que se quiera dar al biodigestor, estas dimensiones se ilustran en la Tabla 13. Tabla 13. Dimensiones del biodigestor plástico tipo CIPAV Capacidad del Ancho de la Profundidad de Longitud de 3 biodigestor, m fosa, m la fosa, m la fosa, m 3 1,2 / 1,0 1 3 11 1,2 / 1,0 1 10 15 1,2 / 1,0 1 14 40 2,5 / 2,0 2 12 50 2,5 / 2,0 1,5 15 67 2,5 / 2,0 2 20 84 2,5 / 2,0 1,5 25 100 2,5 / 2,0 2 30 118 2,5 / 2,0 1,5 35 Fuente. López, 2003. 4.2.1 Cálculo de la cantidad de estiércol. Teniendo en cuenta que la cantidad de porcinos sacrificado a diario en los frigoríficos de Bogotá de acuerdo con las cifras reportadas al principio de este documento 1.364 cabezas diarias, esta cifra es la base de cálculo para cuantificar el estiércol y la orina. E = NA X PVP X PE/100 En donde, E = Estiércol generado en kilogramos por día NA = Número de porcinos (1.364) PVP = Peso vivo promedio de porcino  

  PE = Producción de estiércol por animal por día en porcentaje de peso vivo. Este porcentaje es de 2% (ver cuadro 3) E = 1.364 porcinos X 150Kg X 0.02 E = 4.092 Kg./día Cálculo de la cantidad de orina O = NA X PVP X PO/100 En donde, O = Orín generada en kilogramos por día NA = Número de porcinos PVP = Peso vivo promedio de vacuno PO = Producción de orín por animal por día en porcentaje de peso vivo. Para este cálculo se asume que 1 litro de orín pesa 1 kilogramo. El porcentaje es de 3%( ver cuadro 3) O = 1.364 porcinos X 150 kg X 0.03 O = 6.138 Kg./día Materia prima para cargar MPC = O + E Donde, MPC = Materia prima para carga en kilogramos por día. E = Estiércol en kilogramos por día O = Orín en kilogramos por día. MPC = 4.092 Kg./día + 6.138 Kg./día MPC = 10.230 Kg./día El criterio de selección de este biodigestor obedece básicamente al volumen de la carga diaria que corresponde a 4.092 Kg./día de estiércol, 6.138 Kg./día de orina generado por 1.364 porcinos, de acuerdo a los cálculos anteriores, que como se había dicho anteriormente para el caso de los porcinos se genera más orina que  

  estiércol y esto representa que la mezcla contenga un alto contenido de humedad que equivale al 88%, teniendo un total de materia prima para carga de 10.230 Kg./día, que equivale a 10,23 m3 asumiendo que un kilogramo de mezcla equivale a un litro de agua; adicional a esta carga se suma la cantidad de agua que representa este mismo valor, es decir, 10.23 m3, para un total de 20.46 m3. 4.2.2 Temperatura. En cuanto a la temperatura para este caso, se trabajará a la establecida por el ambiente, que para el caso de Bogotá se encuentra por debajo de los 25°C, con variaciones significativas de temperatura, es decir, un rango de temperatura psicrofílico, representando un tiempo de retención entre 30 – 60 días, de acuerdo con la tabla 6, mencionada en el capítulo 2. 4.2.3 Tiempo de retención. Para efectos de cálculo se tomara como tiempo de retención un valor intermedio entre el intervalo establecido en la tabla 6, es decir, 45 días. Cabe aclarar que en este tipo de digestores de flujo continuo, la producción de biogás oscila entre 0.3 y 0.7 m3 por cada metro cúbico de biodigestor, dependiendo de la temperatura y del tiempo de retención78. La relación agua estiércol empleada para este caso es de 1:1, es decir, que por cada kilogramo de materia prima para carga se adiciona un litro de agua. El agua requerida para mezclarla con la materia prima para carga es de, Cantidad de agua necesaria diaria = 10,23 m3 Es decir, que sumando la cantidad de agua con la materia prima para carga, se tiene un total de 20.46 m3, como se mencionó anteriormente. 4.2.4 Volumen del tanque de recolección. Para calcular el volumen del tanque de recolección el dato correspondiente a la materia prima para carga diaria se multiplica por tres veces, es decir, 20.46 m3 X 3 = 61.38 m3

 78

PEDRAZA, Gloria; CHARÁ, Julián; CONDE Natalia Evaluación de los biodigestores en geomembrana (PVC) y plástico de invernadero en clima medio para el tratamiento de aguas residuales de origen porcino. En: Livestock Research for Rural Development (LRRD). 2002, Vol 14. Citado por: LÓPEZ, Antonio. Valorización del estiércol de cerdo a través de la producción de biogás. Asociación colombiana de porcicultores: fondo nacional de la porcicultura. [Consultado 1 Mar. 2012] Disponible en Internet: (http://www.oiporc.com/plantilla/images/stories/pdf/3.2_MANUAL_BIODIGESTOR.pdf)

 

  Figura 8. Dimensiones tanque de recolección biodigestor tipo Cipav

Medidas en mm

Fuente. Los autores 4.2.5 Volumen del biodigestor. El volumen del digestor trabajando a temperatura ambiente y con un tiempo de retención de 45 días es: Volumen del biodigestor = 20.46 m3/día X 45 días = 920.7 m3 Como se puede observar en la Tabla 13, la capacidad máxima del digestor en m3 es de 118, de los cuales de esta capacidad y/o volumen como se mencionó en el capítulo 2, en componentes de biodigestores, aproximadamente el 30% es destinado para el almacenamiento del biogás, es decir, Volumen para almacenamiento del biogás = 118 m3 X 0.3 = 35.4 m3 Volumen para almacenamiento de la materia prima = 118 m3 – 35.4 m3 = 82.6 m3 Ahora, sí el volumen del biodigestor requerido es de 920.7 m3, el total de biodigestores con capacidad de 118 m3 necesarios son, Número total de biodigestores = 920.7 m3 / 82.6 m3 = 11.14, aproximando este valor, se tiene un total de 12 biodigestores con estas dimensiones y/o capacidades. 4.2.6 Producción de biogás. Como se mencionó anteriormente, la producción de biogás oscila entre 0.3 y 0.7 m3 por cada metro cúbico de biodigestor, para este cálculo se tomará de forma conservadora un valor intermedio, es decir, 0,5 m3 de biogás por cada metro cúbico de biodigestor, se tiene que la producción de biogás es de: Total de m3 en biodigestores = 118 m3 X 11 = 1.298 m3 Y para el 0.14 restante, se tiene que,  

  0,14 X 118 m3 = 16.52 m3 Total de metros cúbicos = 1.298 m3 + 16.52 m3 = 1314,52 m3 Total de biogás = 1314,52 m3 X 0.5 m3 de biogás = 657,26 m3 de biogás por día (24 horas) 4.2.7 Volumen del tanque del efluente. Al multiplicar el volumen del tanque de recolección por nueve veces se obtiene las dimensiones del tanque del efluente, las dimensiones se presentan en la figura 9. Figura 9. Dimensiones tanque del efluente

Medidas en mm

Fuente. Los autores En la figura 10, se presenta el esquema general del biodigestor. Figura 10. Componentes del biodigestor

Fuente. Los autores  

  4.2.8 Producción de bioabono. Para este caso el valor de la carga diaria es de 20.46 m3, entonces, 20,46 m3 X 0.7 = 14,322 m3 En este orden de ideas, para el caso de los vacunos se obtiene una producción de biogás estimada de 1.801,71 m3 por día con un biodigestor tipo plug flow y 38,241 m3 de bioabono, con un porcentaje de sólidos totales entre el 11-13% y carga diaria de 54,63 m3; y para los porcinos con un biodigestor tipo CIPAV se estima que la producción de biogás es de 657,26 m3 diarios y 14,322 m3 de bioabono con una carga diaria de 20.46 m3; es decir, se obtiene un total de 2.528,97 m3 diarios de biogás, cantidad que será evaluada en el siguiente capítulo, para determinar si es suficiente para abastecer en forma de energía a los equipos de un frigorífico. Además 52.563 m3 de bioabono. 4.3 MATERIALES PARA LA CONSTRUCCIÓN DEL BIODIGESTOR Para la construcción de un biodigestor tipo CIPAV de 118 m3 de capacidad se requieren los siguientes materiales: Para la caja de entrada 428 ladrillos elaborados en arcilla precocida dimensiones (7*13*23) alto, ancho y largo respectivamente medida en centímetros 2 bultos de cemento 0.4 m3 de arena (80 paladas) 1 tubo de gres o cemento de 12 pulgadas Para la caja de salida Los materiales empleados para la construcción de la caja de entrada son los mismos para la caja de salida. Para la salida del biogás Un acople macho roscado de PVC de 1½ pulgadas Un acople hembra roscado de PVC de 1½ pulgadas Dos a cuatro ruanas de neumático de carro (dos a cada lado) Dos arandelas en aluminio de 15 cm de diámetro y agujero central de 1½ pulgadas 0.5 metros de tubo de PVC de 1½ pulgadas Para la válvula de seguridad 60 cm de tubo de PVC de 1½ pulgadas 1 “T” de PVC de 1½ pulgadas 1 galón transparente  

  1 reductor de 1½” a ½” 20 cm de tubo de PVC de ½” Para la trampa de agua 1 “T” de PVC de 1 ½ pulgadas 20 cm de tubo de PVC de 1 ½ pulgadas 1 tapa de ajuste o roscada Filtro de acido sulfhídrico 1 Y” sanitaria de PVC de 4” de diámetro con tapa de rosca 1 m de tubo de 4” 2 reductores de 4” a 1½” Conducción de biogás 10 metros de manguera de polietileno de 1 ½” Para el biodigestor Plástico tubular calibre 8 que ofrezca protección contra los rayos ultravioleta, largo de 80 metros, de los cuales al introducir uno dentro del otro se reduce a 35 que corresponden a biodigestor, y los 5 m restantes se distribuyen equitativamente a cada extremo para conectar el reactor a los tubos de gres que viene de la caja de entrada, y el que comunica el reactor a la caja de salida. 4.4 GUÍA METODOLÓGICA PARA LA CONSTRUCCIÓN DE UN BIODIGESTOR La guía metodológica presentada a continuación corresponde a los pasos para la construcción de un biodigestor tipo CIPAV de 118 m3 de capacidad. 4.4.1 Construcción de la fosa. La base para la construcción del biodigestor es la zanja o trinchera en donde se va a acomodar el biodigestor (polietileno tubular), como se mencionó anteriormente en la tabla 14, las dimensiones de la fosa son: Ancho de la fosa: 2,5 / 2,0 m Profundidad de la fosa: 1,5 m Longitud de la fosa: 35 m En la figura 11 se ilustra dicha zanja, cabe mencionar que puede ser en forma de U ó V, finalmente las dimensiones de esta zanja son las mismas que la del biodigestor.

 

 

Figura 11. Estructura en tapial

Fuente. Los autores Dado que la longitud de la fosa es de 35 m, se recomienda considerar en la estructura soportes de seguridad cada cierto tramo, esto con el fin de evitar posibles derrumbes del terreno. Por otra parte, teniendo en cuenta que en Bogotá se presentan temperaturas por debajo de los 10°C, es necesario construir un cerco alrededor del biodigestor para preservar la temperatura; la principal función de dicha fosa es que sirve como aislante térmico y protección para los materiales que forman parte del biodigestor. En cada extremo de la fosa se construye una caja de ladrillo o cemento con un tubo de gres que es el que comunica la caja de entrada con el biodigestor, y en el otro extremo comunica al biodigestor con la caja de salida, que a su vez en estos tubos es donde se amarran los extremos del reactor. 4.4.2 Preparación de la bolsa para el biodigestor. Se requiere una bolsa(polietileno tubular) calibre 8 de 80 m de largo, que luego se reduce a la mitad al introducir una dentro de la otra para formar finalmente una capa de calibre 16. Primero es importante con un marcador realizar una línea guía a lo largo del plástico por el doblez por la parte interna, esta servirá como guía en el momento del amarre del plástico al tubo de gres en la fosa y para la instalación de la válvula de salida del biogás. Para realizar esta operación de introducir un plástico dentro del otro, como se observa en las figura 12, es necesario extender él mismo, en una superficie plana, limpia y libre de piedras y objetos que puedan deteriorar el material. Se extienden en total 80 metros, que finalmente se reduce a la mitad, al introducir uno dentro del otro, la persona que se introduzca dentro del plástico tubular para realizar esta operación debe tener la precaución de entrar al plástico sin zapatos, llaveros, navajas y/o cualquier otro objeto que pueda perforar la bolsa.

 

 

Figura 12. Ubicación plástico tubular

Fuente. Cartilla Biodigestores 4.4.3 Válvula de salida del biogás. Luego se procede a instalar la válvula de salida del biogás en todo el centro de la estructura del biodigestor, sobre la línea guía marcada anteriormente. Para esta operación una persona se introduce en el plástico con el adaptador macho y de adentro hacia afuera, se hace presión con el adaptador sobre la pared de la estructura, mientras que otra persona en la parte externa, con una navaja o bisturí, hace un corte por la cara interna del adaptador macho perforando el plástico figura 13, y permitiendo la salida de la porción roscada del macho, en el que previamente se coloca una arandela en aluminio de 15 cm de diámetro con agujero central de 1½ pulgadas con un empaque de neumático de mayor diámetro para evitar la fricción del aluminio con el plástico figura 14, y pueda generar daños en la estructura. Figura 13. Ubicación válvula biogás

Fuente. Cartilla Biodigestores

Figura 14. Válvulas biogás digestor CIPAV

Fuente. Los autores

Una vez el adaptador macho se encuentre afuera, se le inserta otro empaque con la otra arandela de aluminio, después se procede a enroscar la hembra sobre las rosca del macho, esta operación se realiza de forma manual dándole el mayor ajuste que sea posible figura 15.  

 

Figura 15. Ubicación válvula biogás en la bolsa plástica tubular

Fuente. Los autores 4.4.4 Instalación del plástico en la zanja. Una vez instalada la válvula de salida del biogás, se procede a doblar (de a 1 metro por doblez) los extremos de la estructura de polietileno hacia el centro de dicha salida, después se traslada la estructura hasta el centro de la fosa. Una vez la estructura se encuentre dentro de la fosa, se desdobla cada extremo en dirección hacia cada tubo de gres de las cajas de entrada y salida de cada una como se ilustra en la Figura 16. Figura 16. Instalación del plástico en la zanja

Fuente. Cartilla Biodigestores Ya teniendo cada extremo de la estructura de polietileno en cada tubo, se procede a amarrar los extremos del plástico a los tubos de gres de la caja de salida y de entrada con cauchos de neumático figura 17, se recomienda que el ancho de dichos neumáticos sea de 5 cm; a su vez sellar por el otro extremo del tubo de gres de la caja de salida, para llenar la estructura con cierta cantidad de aire, que se realiza por la entrada del tubo de la caja de recepción del material para digerir, a través de un ventilador o en su defecto con un extractor en sentido contario. Una vez se forme la estructura cilíndrica, se cierra el otro tubo de gres, es decir el de la caja de entrada, para impedir la salida del aire y se inicia el llenado con agua, esto evita el peligro de la formación de pliegues, se procede a cargar el biodigestor con  

  el 70% de la materia prima para carga, como se había dicho anteriormente, en cálculos de la producción de biogás de este mismo capítulo. Figura 17. Amarres de la estructura plástica

Fuente. Cartilla Biodigestores 4.4.5 Instalación de la válvula de seguridad. La válvula de seguridad se coloca cerca al biodigestor en la conducción que lleva el biogás hasta sitio de consumo, y su función es formar un sello de agua, que impide la salida del biogás en condiciones normales de operación, pero que lo deja escapar si en algún momento llega a haber exceso de presión evitando la ruptura del plástico. Para la construcción se toma una T de PVC de 1½”, a la que se acoplan dos tubos de PVC de 30 cm a los dos lados de 1½”, y en la parte inferior se coloca un reductor de 1½” a ½” al cual se le introduce un tubo de 20 cm de longitud, y el otro extremo va sumergida en un galón con agua de 5 a 10 cm figura 18, que actúa como sello hidráulico. Figura 18. Válvula de seguridad del biogás

Fuente. Los autores 4.4.6 Instalación de la trampa de agua. Esta trampa de agua se encuentra ubicada después de la válvula de seguridad. Para la construcción se toma una T” de PVC de 1 ½”, en la parte inferior se instala un tubo de PVC de 1 ½” con 20 cm de longitud, el cual debe tener un tapón en su extremo inferior de ajuste o roscada, de tal forma que cuando se vaya depositando agua en la trampa se quita el tapón  

  y se deja drenar. Cabe resaltar que esta trampa se debe localizar en las partes más bajas de la conducción de biogás, en donde por gravedad se deposite el agua. 4.4.7 Instalación del filtro de acido sulfhídrico. Este mecanismo sirve para la conservación de los aparatos que funcionan con biogás, especialmente los motores. Para la filtración del acido sulfhídrico, se instala una “Y” sanitaria de PVC de 4” de diámetro con tapa de rosca, y se le adapta un tubo de 1m de longitud con el mismo diámetro, y en forma horizontal se instala a la tubería de 1½”, para dicha adaptación se requieren 2 reductores de 4” a 1½”, para la entrada y salida del gas, además una unión. Este tubo se llena con una esponjilla de brillo, la cual reacciona con el ácido sulfhídrico (H2S), eliminando su poder corrosivo. 4.4.8 Bolsa reservorio. Debido a que la producción de biogás en el biodigestor es constante, pero el consumo se hace durante ciertas horas al día, es aconsejable disponer de bolsas donde se pueda almacenar dicho biogás cerca al sitio de consumo figura 19, este mecanismo es importante cuando se utiliza el biogás para el funcionamiento de motores. Para la construcción se puede emplear el mismo plástico que fue empleado para la construcción del biodigestor, pero para este caso se coloca la bolsa sencilla. Figura 19. Reservorio de biogás generado

Fuente. Los autores 4.4.9 Conducción de biogás. La conducción de biogás hacia el sitio de consumo, puede hacerse en manguera de polietileno de 1 ½”, es importante que a lo largo del recorrido de dicha manguera desde el biodigestor hasta el sitio de consumo, no quede enterrada para evitar la condensación interna de la humedad, además se deben evitar las ondulaciones porque se puede acumular agua e impide el paso de biogás.

 

  4.5 GUÍA METODOLÓGICA PARA EL CUIDADO MANEJO Y MANTENIMIENTO DE UN BIODIGESTOR. El biodigestor debe ser protegido mediante una cerca que impida el ingreso de toda clase de animales y su caída accidental sobre la bolsa lo que causaría su rompimiento, así mismo con esta cerca se evita la caída de personas, especialmente de niños en las cajas de entrada y salida del biodigestor. Adicionalmente es importante colocar un techo, con el fin de prolongar la vida útil del plástico para disminuir el impacto de los rayos solares, cabe resaltar que la vida útil es de aproximadamente de 5 años. Otra función del techo es que protege el biodigestor de ramas u objetos que puedan romperlo. Cuando el terreno es pendiente y/o inclinado, es importante realizar unas zanjas alrededor de la fosa para evitar que se llene con aguas de escorrentía. Los aspectos y recomendaciones para tener en cuenta en cuanto al manejo y mantenimiento del biodigestor propuesto, se puede resumir en lo siguiente: •

Establecer frecuencia de revisión y/o validación de los equipos de control (válvulas de alivio, manómetros, entre otros)

•

Impedir la entrada al biodigestor de materiales como arena, cemento, piedra, trozos de madera, hojas ó tallos y estiércol muy fibroso, pues estos materiales se pueden sedimentar en el fondo del biodigestor o formar una capa superficial o nata que va a disminuir el espacio útil y la eficacia del proceso.

•

Cargar diariamente el biodigestor con la cantidad adecuada de materia prima para carga, evitando cantidades excesivas de la misma y particularmente de aguas lluvias, con el fin controlar y no exceder la capacidad del reactor.

•

Retirar periódicamente el material flotante que se acumule en las cajas de entrada y de salida, al igual que objetos extraños como piedras, palos, plástico entre otros, ya que pueden representar una amenaza para el biodigestor y/o sistema de tratamiento.

•

Revisar continuamente es estado del techo y la cerca protectora del biodigestor corrigiendo cualquier irregularidad encontrada.

•

Verificar el estado de la línea de conducción del biogás para detectar posibles fugas o acumulación de aguas en las partes más bajas de la manguera.

 

  4.6 VENTAJAS Y DESVENTAJAS Las principales ventajas del tratamiento de la materia orgánica a través de biodigestores son: •

Las excretas tanto de ganado vacuno y porcino antes de su inclusión en el biodigestor no requieren tratamiento.

•

Se minimiza el problema de los malos olores en la zona, debido al almacenamiento de estiércol en los frigoríficos, ya que actualmente los almacenan por un periodo de una semana, hasta que terceros se la llevan79.

•

El estiércol después de procesado contiene propiedades fertilizantes, que puede ser usado como abono orgánico.

•

El manejo es sencillo y el cuidado y mantenimiento es simple.

•

Se protege al medio ambiente ya que se presenta una remoción de la DBO y los sólidos suspendidos totales (SST) en un 60 – 90%.

•

El estiércol digerido es más fácil de almacenar y de bombear.

•

En el caso de los materiales requeridos para la construcción, el costo es relativamente bajo.

En cuanto a desventajas, •

El abono orgánico obtenido en este tipo de tratamiento anaerobio es líquido, lo que puede generar que al regar dicho efluente en suelos permeables se pueda producir mucha pérdida por lixiviación de algunos de sus componentes, presentando problemas de contaminación80.

•

La anterior desventaja conduce a que sea necesario tener un suelo húmedo para realizar el riego del efluente, porque si el suelo está seco, existe gran pérdida de nitrógeno del efluente por volatilización81

 79

Información suministrada por un funcionario del frigorífico Guadalupe. PEDRAZA, Gloria; CHARA, Julián. Evaluación de los biodigestores en geomembrana (PVC) y plastic de invernadero en clima medio para el tratamiento de aguas residuales de origen porcino. Fundación Centro de Investigación en Sistemas Sostenibles de Producción Agropecuaria (CIPAV), Cali, Colombia. [Consultado 10 Mar. 2012] Disponible en Internet: (http://www.cipav.org.co/irrd/irrd14/1pedr141.htm.) 81 Ibíd., p. 5 80

 

  4.7 COSTOS DE UN BIODIGESTOR A continuación en la tabla 14 se presentan los costos de los materiales para la elaboración de un biodigestor tipo CIPAV con capacidad de 118 m3 Tabla 14. Costos de materiales para la elaboración de un biodigestor tipo CIPAV Valor Valor Cantidad Descripción unitario($) total($) 856 ladrillos 450 385.200 4 bultos de cemento 24.000 96.000 160 paladas de arena 458 73.333 2 tubos de PVC de 1” metro 23.000 46.000 1 un acople macho roscado de PVC de 1½” 1.900 1.900 1 un acople hembra roscado de PVC de 1½” 3.400 3.400 arandelas en aluminio de 15 cm de 2 3.200 6.400 diámetro y agujero central de 1½ 1.5 tubo de PVC de 1½ m 5.000 7.500 2 “t” de PVC de 1½ 3.900 7.800 1 reductor de 1½” a ½” 900 900 1 tapa de ajuste o roscada de 1½” 1.200 1.200 20 tubo de PVC de ½” cm 500 500 1 galón transparente 2.000 2.000 1 “y” sanitaria de PVC de 4” 18.000 18.000 1 tubo de 4” m 15.000 15.000 2 reductores de 4” a 1½” 6.500 13.000 10 metros de manguera roscada 2.900 29.000 metros de plástico tubular calibre 8 con 80 5.794 370.806 protección a los rayos UV TOTAL 1.077.939 Fuente. Los autores El costo total de $1.077.939,09, corresponde al costo de los materiales para la elaboración de un biodigestor con capacidad de 118 m3. Para el caso de los porcinos se calcularon 12 biodigestores, es decir que el costo total correspondiente a los materiales es de: Costo total de materiales = $1.077.939,09 x 12 = $12.935.269,08 Los materiales relacionados anteriormente corresponden a los de más fácil acceso en términos económicos, en cuanto a disponibilidad e instalación. Sin embargo,  

  para el caso de las cajas de entrada (tanque de recolección) y de salida (tanque del efluente), se encuentra la opción de elaborar dichas cajas en concreto, a continuación en el cuadro 4 se presenta el paralelo entre los materiales en concreto y en mampostería. Cuadro 4. Costo de materiales Tipo de material Componente Caja de entrada Caja de salida

Mampostería (valor en $) 277.300

Concreto (valor en $) 1’120.000

277.300

1’120.000

Fuente. Los autores De esta forma se evidencia que en términos económicos es más viable realizar las cajas en mampostería. Para el caso de la tubería, en el mercado se encuentran materiales tales como: PVC, galvanizado, cobre, entre otros; cotizándose entre estos materiales la tubería en PVC como el más económico, además con este tipo de tubería se evitan los problemas de corrosión y para temas relacionados con el mantenimiento el PVC resulta de mayor facilidad en el manejo. Relacionado con la estructura del biodigestor la cual se encuentra planteada en polietileno tubular calibre 8 protección contra los rayos ultravioleta (ofrecida por Coherplast Ltda.), debido a que para este tipo de biodigestor CIPAV se trabaja con temperatura ambiente, el plástico se convierte en muy buena opción para el tema de mantener la temperatura interna ya que en este caso no se trabaja con ningún mecanismo de control para controlar dicha variable. Los costos asociados a los materiales para el montaje del biodigestor tipo plug flow se presentan en la tabla 15

 

  Tabla 15. Costo materiales biodigestor tipo Plug Flow Cantidad 91.246 425 17.056

Descripción

Valor unitario($) 450 24.000 458

Valor total($)

43 2

Ladrillos Bultos de cemento Paladas de arena Bombas para alimentaciones de la mezcla Metros de tubería de 2” Válvulas de bola

2

Manómetros

114.260

228.520

Válvulas de alivio Sensor de temperatura Sensor de presión Sensor de Caudal Metros tubería de 4” PLC, programación y puesta en marcha Metros de tubería de 3” Metros cuadrados de Hypalon Trampa de agua Trampa de llama

40.600 100.000 657.000 600.000 50.000

81.200 100.000 657.000 600.000 24’450.000

10’000.000

10’000.000

42.000 10.000 200.000 150.000

210.000 3’690.000 200.000 150.000

100.000

100.000

TOTAL

119’832.588

4

2 1 1 1 489 1 5 369 1 1 1

Quemador de gas

41’060.700 10’200.000 7’811.648

4’636.520

18’546.080

35.000 121.220

1’505.000 242.440

Fuente. Los autores En cuanto con los materiales asociados para la construcción de las cajas de entrada y de salida y la estructura del biodigestor, se encuentran propuestos en mampostería, y como se evidenció anteriormente por temas de costos, la mampostería prevalece sobre el concreto. Relacionado con las bombas para la conducción de la mezcla, las características ofrecidas por el proveedor corresponden a una bomba sumergible robusta, la cual es idónea para la conducción de aguas fecales, además las dimensiones reducidas y el sistema de acople automático permite una instalación simple, económica y de fácil mantenimiento. El material de las válvulas de bola ofrecidas por el proveedor Ferretería Surtiniples Ltda. es bronce, que en temas de duración prevalece sobre otro tipo de materiales. Relacionado con los sensores, se está cotizando los de mejor calidad, esto con el fin de garantizar mayor control y eficiencias en los mecanismos de control.

 

  5. USO Y APROVECHAMIENTO DEL BIOGÁS EN EL PROCESO PRODUCTIVO 5.1 DISPOSICIÓN DEL BIOGÁS Con el fin de dar disposición final al biogás generado por la digestión de la materia orgánica cargada en el digestor, y tomando como base los equipos relacionados en el Decreto 2278 de 1982 que corresponde a la reglamentación para el sacrificio y faenado de animales, procesamiento, transporte y comercialización, se listarán los equipos necesarios para el faenado de ganado bovino y porcino y se cuantificarán los consumos energéticos de cada uno de estos equipos en una jornada laboral de 16 horas. A continuación en la tabla 16 se relacionan los equipos y el respectivo consumo energético. Tabla 16. Equipos necesarios para una planta de beneficio clase I (Ver tabla 1) Descripción Unidad condensadora compresor Herméticos Sierra para división de canal

Cantidad

Consumo Consumo Consumo / hp kw/ h h equipos

consumo / 16 h

4,0

2,9

2,20

8,8

140,80

4,0

3,0

2,24

8,95

143,17

Sierra para corte Esternón Sierra para apertura de pecho Porcinos Sierra para apertura de pecho Bovinos Polipasto Vacuno Capacidad 1,500 Kg Polipasto Porcino Capacidad 500 Kg

2,0

2,9

2,20

4,4

70,40

1,0

1,5

1,10

1,10

17,60

4,0

1,5

1,10

4,4

70,40

2,0

2,0

1,50

3,00

48,00

2,0

1,0

0,74

1,5

23,68

Extractores de Aire

6,0

1,3

1,00

6,00

96,00

Evaporador Depilador eléctrico Escaldador Cerdos Horno incinerador

1,0

12,3

9,17

9,2

146,72

1,0

10,7

8,00

8,00

128,00

2,0

8,7

6,50

13,0

208,00

Cuarto frío

4,0

2,7

2,00

8,00

128,00

Compresor

2,0

7,5

5,59

11,2

178,88

Bomba Centrifuga Balanza para ganado en Pie 1.500 Kg Caldera 50BHP.

2,0

3,0

2,23

4,46

71,36

1,0

0,0

0,00

0,0

0,03

1,0

10,0

7,45

7,5

119,20

Aturdidor eléctrico Vacunos

2,0

0,5

0,40

0,80

12,80

Aturdidor eléctrico Cerdos

2,0

0,5

0,40

0,8

12,80

72,1

53,82

100,99

1615,84

Fuente. Los autores  

  Como se observa en la tabla 16, los requerimientos energéticos son de aproximadamente 100,99 Kw/h. Para la generación de energía eléctrica a partir de la alimentación de biogás, se propone un generador que consume 31,968 m3/h de biogás para generar 60 Kw/h. Es decir que con la generación de biogás por hora que es de 102.45 m3 (2.458,97 m3 diarios), tendría un potencial para alimentar 3,2049 generadores y producir 192.28 Kw / h, pero teniendo en cuenta que las necesidades energéticas son de 100,99 Kw / h, se requieren 2 generadores y producir 120 Kw/h. El costo promedio actual por Kw/h emitido por la empresa Codensa en Bogotá es de $377 Kw/h, lo que representa que con la generación de energía a través del dispositivo mencionado se obtiene un ahorro de $45.240 por hora. La segunda opción es utilizar el biogás generado para alimentar una caldera de 50BHP de capacidad, cuyo fin principal es de mantener las temperaturas de las áreas de faenado en condiciones adecuada y acorde al Decreto 2278/82. Las especificaciones generales de una caldera de estas dimensiones es la siguiente: Cuadro 5. Especificaciones técnicas caldera 50 BHP Características de la caldera Potencia 50 BHP Presión de Trabajo 689.479,91 Pa Presión de diseño 1`034213,56 Pa Temperatura de Trabajo 356.15 ºK Temperatura de Cámara Combustión 2.192,15 ºK Temperatura de Cámara Pos Combustión 392.15 ºK Tipo quemador Boriflow Distral Suministro de combustible Automático Tipo combustible Gas natural 25.4 m3/día Tubería Diaria Trimestral

Consumo de combustible Sistema de alimentación Frecuencia de Purga Frecuencia de deshollinado Fuente. Catálogo de caldera Distral

Como se observa en el cuadro 5, el consumo diario de la caldera es de 25.4m3, teniendo en cuenta que con el excedente de biogás se puede alimentar este

 

  equipo y que el valor del m3 para marzo de 2011 con la empresa Gas Natural82 es de $927.82, esto daría como resultado un ahorro mensual (estimando 25 días de trabajo) de $589.166 por la utilización del biogás generado por el digestor en cambio de la red de servicio público. Teniendo en cuenta las anteriores consideraciones, la producción diaria de biogás es suficiente para la generación de energía eléctrica para las necesidades energéticas del proceso. 5.2 COSTOS ASOCIADOS AL MONTAJE DE UN BIODIGESTOR TIPO CIPAV En el capítulo 4, se determinó que el número de biodigestores necesarios para el tratamiento de las excretas porcinas corresponde a 12 con capacidad de 118 m3 cada uno. Además que el costo de los materiales para la construcción de un biodigestor es de $1.077.939,09, para un total de $12.935.269,08. Para establecer el valor de la inversión inicial es necesario sumarle a este valor, lo equivalente al montaje de la especie de invernadero para la protección del biodigestor y la mano de obra para la adecuación del terreno y el montaje. Cabe aclarar que se parte del supuesto que el terreno en donde serán ubicados estos biodigestores se encuentra disponible y que no es necesario comprar terrenos. Para establecer el costo total del montaje tipo Cipav se toman los costos directos y los indirectos. 5.2.1 Costos directos. Los conforman básicamente el costo de la mano de obra, los materiales. El costo asociado a la mano de obra se genera debido al tiempo empleado para la adecuación del terreno, la excavación de la fosa, montaje como tal del biodigestor y el invernadero que servirá como protección al mismo. Para este caso, se requiere el servicio de un contratista que disponga de dos personas por un tiempo de 8 semanas, se realiza un contrato por un valor de 5’000.000 (Ver anexo D). El valor correspondiente a los materiales para el montaje de los 12 invernaderos se estima en $6’600.000, es decir $550.000 por cada uno. Los materiales requeridos por cada invernadero son relacionados en la tabla 17:

 82

GAS NATURAL FENOSA. Tarifas Finales [Online]. < http://portal.gasnatural.com/servlet/ContentServer?gnpage=1-302¢ralassetname=1-30-1-3-2-0>

 

  Tabla 17. Costo de materiales para el invernadero Descripción

Valor ($)

Listones Polietileno Total costo Fuente. Los autores

200.000 350.000 550.000

Tabla 18. Costos directos para el montaje del biodigestor tipo CIPAV Descripción

Valor ($)

Mano de obra Materiales Materiales para el invernadero Total costo directo Fuente. Los autores

5’000.000 12.935.269,08 6’600.000 24’535.269,08

5.2.2 Costos indirectos. Son aquellos costos que complementan la acción para el montaje de los biodigestores, pueden estar representados por: puntillas, serrucho, pegante para PVC, entre otros ($ 200.000). Otro valor asociado a estos costos lo representa el valor de la asesoría por un experto en el tema, en cuanto al montaje y puesta en marcha del mismo, se estima un valor de 5’000.000. Además el valor del generador de energía eléctrica es de $100’000.000, valor que se cargará proporcional a la producción de biogás que se traduce en capacidad de generación, para el caso de los porcinos es del 26%, es decir 26’000.000. El total de los costos indirectos es de 31’200.000. 5.2.3 Costo total. Sumando los costos directos y los costos indirectos, se obtiene el costo total de la implementación de los 12 biodigestores tipo CIPAV. En la tabla 19 se puede apreciar dicho costo. Tabla 19. Costos directos e indirectos de la implementación Descripción Valor ($) Costos directos Costos indirectos Total costo Fuente. Los autores

24’535.269,08 31’200.000 55’735.269,08

5.2.4 Costos y gastos mensuales de la implementación. Teniendo en cuenta que la vida útil del biodigestor propuesto es de 5 años, esta es la base para la  

  provisión del mismo. Entonces se toma el valor total de 55’735.269,08 que es la inversión inicial y se realiza una provisión a 60 meses, es decir $ 928.921 mensual. Otro valor asociado es el impuesto que genera el terreno, las personas necesarias para el mantenimiento y funcionamiento de la planta, entre otros. Dichos costos y gastos se estiman en 10’000.000 mensuales. 5.3 COSTOS ASOCIADOS AL MONTAJE DE UN BIODIGESTOR TIPO PLUG FLOW Teniendo en cuenta que las dimensiones propuestas del biodigestor tipo plug flow, fue de 1.693,178 m3, y que la cantidad materia prima para carga es de 54,63 m3, fue necesario diseñar un sistema a gran escala, con principios de automatización y control en cuanto a la conducción de la mezcla a través de un motor, control de temperatura con un intercambiador de calor, una bomba para la alimentación de agua a la mezcla, y todos los aspectos mencionados en el capítulo de diseño y construcción del biodigestor tipo plug flow para ganado vacuno. Todos los aspectos mencionados anteriormente, traen como implicaciones que la inversión inicial sea alta. El costo de la mano de obra, se calculó a través de un contrato por 54.000.000 (Ver anexo E), que corresponde a un tiempo de ejecución de 6 meses, con seis personas. Los costos directos son: Tabla 20. Total de costos directos Descripción

Valor ($) 54’000.000 119’832.588 173’832.588

Mano de obra Materiales Total costo directo Fuente. Los autores

Los costos indirectos se estiman en 15’000.000. Por otra parte el valor correspondiente a la compra del generador en proporción es de 74’000.000. En la tabla 21 se presentan el costo total.

 

  Tabla 21. Costo total del montaje Descripción

Valor ($)

Costos directos Costos indirectos Total costo Fuente. Los autores

173’832.588 89’000.000 262’832.588

5.3.1 Costos y gastos mensuales de la implementación. Teniendo en cuenta que la vida útil del biodigestor propuesto es de 15 años, esta es la base para la provisión del mismo. Entonces se toma el valor total de $262’832.588 que es la inversión inicial y se realiza una provisión a 180 meses, es decir $ 1’460.181 mensual. Otro valor asociado es el impuesto que genera el terreno, las personas necesarias para el mantenimiento y funcionamiento de la planta, mantenimiento y reparación de equipos, repuestos, entre otros. Dichos costos y gastos se estiman en 30’000.000 mensuales.

 

  5.4 ANÁLISIS DEL RETORNO DE LA INVERSIÓN Para realizar un estudio económico del proyecto, es necesario soportarlo en un análisis del retorno de la inversión, basado en elementos tales como: Cálculo de la tasa interna de retorno (TIR), relación costo beneficio, cambios de flujo de caja, la incidencia de los efectos inflacionarios para la comparación de cifras y las proyecciones en el incremento del Kw h. Para lo anterior es necesario realizar una proyección del estado de resultados de 2011 del frigorífico Guadalupe a 31 de Diciembre de 201183, para esto se requiere realizar una proyección de los indicadores del PIB, IPC y los salarios para los 5 años siguientes. 5.4.1 Beneficios cuantitativos respecto a la implementación Con el fin de realizar la proyección de otros ingresos y gastos para el estado de resultados se revisaron las cifras de IPC, donde se toma como base las cifras reportadas mes a mes por el DANE a partir del 2011 y lo que va corrido del 201284 (cifras resaltadas en negrilla), se proyecta a través de un promedio móvil simple los años 2013, 2014 y 2015, con lo cual se obtiene: Tabla 22. IPC Proyectado Mes

2011

2012

2013

2014

2015

Enero

0,91

0,73

0,82

0,78

0,80

Febrero

0,60

0,61

0,61

0,61

0,61

Marzo

0,27

0,12

0,20

0,16

0,18

Abril

0,12

0,14

0,13

0,14

0,13

Mayo

0,28

0,30

0,29

0,30

0,29

Junio

0,32

0,38

0,35

0,37

0,36

Julio

0,14

0,31

0,23

0,27

0,25

Agosto

-0,03

0,25

0,11

0,18

0,15

Septiembre

0,31

0,28

0,29

0,28

0,29

Octubre

0,19

0,30

0,25

0,27

0,26

Noviembre

0,14

0,30

0,22

0,26

0,24

Diciembre

0,42

0,29

0,35

0,32

0,34

En año corrido

3,73

4,01

3,84

3,93

3,88

Fuente. DANE, 2012.

 

SUPERINTENDENCIA DE SOCIEDADES. ESTADOS FINANCIEROS A 31 DE DICIEMBRE DE 2011. [En Línea]. Bogotá D.C: [Consultado 05 Jun. 2012]. Disponible en:  DANE. Información estadística. IPC mensualizado. [En Línea]. Bogotá D.C: Publicado 12 Febrero 2012. [Consultado 10 Feb. 2012]. Disponible en: 

 

  En la anterior tabla se observan las variaciones año tras año acorde a la proyección realizada, donde se espera que el año 2012 sea el de mayor crecimiento porcentual respecto a los otros años, en el mes a mes el IPC más alto corresponde a los dos primeros mes del año. Los gastos operacionales son los que se destinan para mantener en actividad la empresa, los valores correspondientes a estos se proyectan basados en las variaciones del salario mínimo legal vigente de cada año. Tabla 23. Variación del salario mínimo Año

Salario

Porcentaje de incremento (%)

2009

496.900

3,643

2010

515.000

4,00

2011

535.600

5,807

2012

566.700

4,483

2013

592.105

4,763

2014

620.309

5,018

2015

651.433

4,755

En la tabla 23 se relaciona el histórico del salario mínimo año a año, así como él % de incremento del mismo, se espera que acorde al crecimiento de los últimos años que los valores para 2013 en adelante se comporten con aumentos en más de 4.5%. El PIB básicamente es usado comúnmente como una medida del bienestar material de una sociedad, para este proyecto se utilizó para proyectar los valores de los ingresos operacionales o básicamente el crecimiento de la demanda del mercado, a continuación en la tabla 24 se relaciona los datos de los últimos años y la proyección realizada por medio de media móvil. Tabla 24. PIB Proyectado Año

PIB (%)

2010

4.3

2011

5.9

2012

5.1

2013

5.5

2014

5.3

2015 5.4 Fuente. http://www.colombia.com/especiales/2002/pib/index.asp

 



Fuente. Superintendencia De Sociedades, 2012.

ϲ͘ϯϴϱ͘ϲϳϰ ϯϰ͕ϵϲй

ϵϳϭ͘ϵϬϲ ϱ͕ϯϮй ϵϳϭ͘ϵϬϲ ϱ͕ϯϮй

KƚƌŽƐ'ĂƐƚŽƐ EŽŽƉĞƌĂĐŝŽŶĂůĞƐ dŽƚĂůŽƚƌŽƐŐĂƐƚŽƐ

Utilidad Neta

ϭ͘ϯϮϳ͘Ϯϳϰ ϳ͕Ϯϳй ϭϰ͘ϬϬϬ Ϭ͕Ϭϴй ϭ͘ϯϰϭ͘Ϯϳϰ ϳ͕ϯϰй

KƚƌŽƐ/ŶŐƌĞƐŽƐ EŽŽƉĞƌĂĐŝŽŶĂůĞƐ ŝǀĞƌƐŽƐ dŽƚĂůŽƚƌŽƐŝŶŐƌĞƐŽƐ

ϵ͘ϱϯϬ͘ϴϱϳ Ϭ͕ϱϮϭϳϯ ϯ͘ϭϰϱ͘ϭϴϯ ϭϳ͕ϮϮй

ϵ͘ϭϲϭ͘ϰϴϵ ϱϬ͕ϭϱй

Resultado Operacional

hƚŝůŝĚĂĚĂŶƚĞƐĚĞŝŵƉƵĞƐƚŽƐ /ŵƉƵĞƐƚŽĚĞZĞŶƚĂ;ϯϯйͿ

ϳ͘ϯϯϵ͘ϵϲϭ ϰϬ͕Ϯй ϭϳϲϲϮϲϲ ϵ͕ϳй ϵ͘ϭϬϲ͘ϮϮϳ ϰϵ͕ϴϱй

ϰϲ͘Ϭϳϳ͘ϳϯϳ ͲϮϳ͘ϴϭϬ͘ϬϮϭ ϭϴ͘Ϯϲϳ͘ϳϭϲ

%

'ĂƐƚŽƐKƉĞƌĂĐŝŽŶĂůĞƐ 'ĂƐƚŽƐĚĞĚŵŝŶŝƐƚƌĂĐŝſŶ 'ĂƐƚŽƐĚĞsĞŶƚĂƐ dŽƚĂůŐĂƐƚŽƐKƉĞƌĂĐŝŽŶĂůĞƐ

Total Ingresos Operacionales

/ŶŐƌĞƐŽƐKƉĞƌĂĐŝŽŶĂůĞƐ ^ĂĐƌŝĨŝĐŝŽLJĨĂĞŶĂĚŽĚĞŐĂŶĂĚŽǀĂĐƵŶŽLJƉŽƌĐŝŶŽ ŽƐƚŽĚĞǀĞŶƚĂƐLJĚĞƉƌĞƐƚĂĐŝſŶĚĞƐĞƌǀŝĐŝŽƐ

2011

ϱ͕ϯϮй ϱ͕ϯϮй

ϳ͕Ϯϲй Ϭ͕Ϭϴй ϳ͕ϯϰй

ϰϵ͕ϯϭй

ϰϬ͕ϵй ϵ͕ϴй ϱϬ͕ϲϵй

%



ϲ͘ϱϯϱ͘ϱϬϵ

ϯϰ͕ϯϵй

ϵ͘ϳϱϰ͘ϰϵϭ Ϭ͕ϱϭϯϮϲϳϯϭ ϯ͘Ϯϭϴ͘ϵϴϮ ϭϲ͕ϵϰй

ϭ͘ϬϭϬ͘ϴϳϵ ϭ͘ϬϭϬ͘ϴϳϵ

ϭ͘ϯϴϬ͘ϰϵϴ ϭϰ͘ϱϲϭ ϭ͘ϯϵϱ͘Ϭϱϵ

ϵ͘ϯϳϬ͘ϯϭϭ

ϳ͘ϳϲϱ͘ϲϳϵ ϭϴϲϴϳϬϵ͕ϰϯ ϵ͘ϲϯϰ͘ϯϴϴ

ϰϴ͘ϰϮϳ͘ϳϬϮ ͲϮϵ͘ϰϮϯ͘ϬϬϮ ϭϵ͘ϬϬϰ͘ϲϵϵ

2012

ϱ͕ϭϲй ϱ͕ϭϲй

ϳ͕Ϭϰй Ϭ͕Ϭϳй ϳ͕ϭϮй

ϱϬ͕ϱϯй

ϯϵ͕ϵй ϵ͕ϲй ϰϵ͕ϰϳй

%

ϳ͘ϭϱϲ͘ϴϮϮ

ϯϱ͕ϭϳй

ϭϬ͘ϲϴϭ͘ϴϮϰ Ϭ͕ϱϮϰϵϮϲϮϲ ϯ͘ϱϮϱ͘ϬϬϮ ϭϳ͕ϯϮй

ϭ͘Ϭϰϵ͘ϲϵϳ ϭ͘Ϭϰϵ͘ϲϵϳ

ϭ͘ϰϯϯ͘ϱϬϵ ϭϱ͘ϭϮϭ ϭ͘ϰϰϴ͘ϲϮϵ

ϭϬ͘ϮϴϮ͘ϴϵϮ

ϴ͘ϭϭϯ͘ϴϭϰ ϭϵϱϮϰϴϯ͕ϲϳ ϭϬ͘Ϭϲϲ͘Ϯϵϴ

ϱϭ͘Ϭϵϭ͘ϮϮϱ ͲϯϬ͘ϳϰϮ͘Ϭϯϱ ϮϬ͘ϯϰϵ͘ϭϵϬ

2013

2014

ϱ͕Ϭϱй ϱ͕Ϭϱй

ϲ͕ϵϬй Ϭ͕Ϭϳй ϲ͕ϵϳй

ϱϭ͕ϭϲй

ϯϵ͕ϰй ϵ͕ϱй ϰϴ͕ϴϰй

%

ϳ͘ϲϳϵ͘Ϯϵϲ

ϯϱ͕ϱϲй

ϭϭ͘ϰϲϭ͘ϲϯϲ Ϭ͕ϱϯϬϴϬϴϲϵ ϯ͘ϳϴϮ͘ϯϰϬ ϭϳ͕ϱϮй

ϭ͘ϬϵϬ͘ϵϱϬ ϭ͘ϬϵϬ͘ϵϱϬ

ϭ͘ϰϴϵ͘ϴϰϲ ϭϱ͘ϳϭϱ ϭ͘ϱϬϱ͘ϱϲϬ

ϭϭ͘Ϭϰϳ͘ϬϮϲ

ϴ͘ϱϬϬ͘Ϯϳϱ ϮϬϰϱϰϴϬ͕ϰϳ ϭϬ͘ϱϰϱ͘ϳϱϲ

ϱϯ͘ϳϵϵ͘ϬϲϬ ͲϯϮ͘ϮϬϲ͘Ϯϳϵ Ϯϭ͘ϱϵϮ͘ϳϴϮ

  Tabla 25. Estado de resultados proyectado sin implementación (Valores en miles de pesos)

ϰ͕ϵϱй ϰ͕ϵϱй

ϲ͕ϳϲй Ϭ͕Ϭϳй ϲ͕ϴϰй

ϱϭ͕ϲϬй

ϯϵ͕Ϭй ϵ͕ϰй ϰϴ͕ϰϬй

%

ϴ͘ϭϵϵ͘ϭϳϱ

ϯϱ͕ϴϯй

ϭϮ͘Ϯϯϳ͘ϱϳϱ Ϭ͕ϱϯϰϴϭϲϱϮ ϰ͘Ϭϯϴ͘ϰϬϬ ϭϳ͕ϲϱй

ϭ͘ϭϯϯ͘Ϯϳϵ ϭ͘ϭϯϯ͘Ϯϳϵ

ϭ͘ϱϰϳ͘ϲϱϮ ϭϲ͘ϯϮϱ ϭ͘ϱϲϯ͘ϵϳϲ

ϭϭ͘ϴϬϲ͘ϴϳϴ

ϴ͘ϵϮϲ͘ϴϭϵ ϮϭϰϴϭϮϮ͕ϲϴ ϭϭ͘Ϭϳϰ͘ϵϰϮ

ϱϲ͘ϳϬϰ͘ϮϬϵ Ͳϯϯ͘ϴϮϮ͘ϯϵϬ ϮϮ͘ϴϴϭ͘ϴϮϬ

2015

  En la tabla 25 se relaciona el estado de resultados a Diciembre de 2011 del frigorífico Guadalupe. Es de anotar que los gastos operacionales absorben el 49% de los ingresos operacionales, donde los gastos administrativos corresponden al 80.5% de los gastos en mención. Por último se observa que tanto el valor real como la proyección de la utilidad neta varían entre el 34% y el 36%. Una vez realizado el análisis del estado de resultados actual sin la implementación de la propuesta y la proyección a 5 años basados en los cálculos de los indicadores financieros relacionados anteriormente, se procede a realizar el estado de resultados incluyendo los gastos e ingresos de la implementación de la propuesta de diseño. El valor de la inversión inicial se relaciona en la tabla 26 Tabla 26. Valor total de la implementación Descripción Mano Obra Materiales Invernadero Otros Costos y Gastos Total

Biodigestor tipo CIPAV

Biodigestor tipo Plug Flow

5.000.000 54.000.000 12.935.269 119.832.588 6.600.000 31.200.000 89.000.000 318.567.857

Fuente. Los autores

Para la elaboración de dicho estado de resultados se empieza por cuantificar los ingresos no operacionales percibidos por la implementación, que corresponden a los ingresos recibidos por la venta de bioabono tratado y en segundo lugar el valor que se dejaría de pagar a la empresa comercializadora de energía CODENSA por el consumo para el desarrollo de la operación. A continuación se presenta la cuantificación de dichos ingresos. Para el caso del bioabono, cabe aclarar que actualmente el frigorífico Guadalupe vende el kilogramo de estiércol sin realizar ningún tratamiento a un tercero por un valor de $50. La tabla 27 relaciona el valor actual percibido por concepto de la venta de dicho estiércol.

 

 

Tabla 27. Ingresos actuales por venta de bioabono Año

2011 Fuente. Los autores

$/Kg

Cantidad generada

Valor total

50

21.930.480

1.096.524.000

Con la implementación de la propuesta el precio de venta por kilogramo de estiércol es de $100. A continuación en la tabla 28 se relaciona el valor total que se percibiría por dicha venta Tabla 28. Ingresos por venta de bioabono con la propuesta Año

2013 Fuente. Los autores

$/Kg

Cantidad generada

Valor total

100

18.922.680

1.892.268.000

Revisando las tablas 27 y 28 y haciendo la comparación del valor total recibido por la venta se estima un aumento de $795´744.000 anual, valor que actualmente no se está recibiendo. Por otra parte se detalla el estimado del crecimiento de los valores del Kw h hasta el año 2015, basados en la inflación o IPC. Para el análisis es importante tener en cuenta la deflactación en la proyección porque con esto se tendrá el valor real de ahorro. Tabla 29. Proyecciones del Kw h 2011-2015 Año

$ / Kw h

Valor deflactado

Consumo anual kw h

Valor total ahorrado $

2011

377.08

2012

428,33

411,4601345

1.036.800

426.601.867

2013

476,71

459,0812789

1.036.800

475.975.470

2014

536,03

515,7606081

1.036.800

534.740.598

2015 599,65 Fuente. Los autores

577,2525992

1.036.800

598.495.495

Las cifras relacionadas en la última columna de la tabla 29 corresponden a los valores total ahorrado por año, ya que esta energía seria suplida por la generación de biogás a través del biodigestor y convertida en energía a través de un generador.  

 

La tabla 30 presenta los ahorros que se generarían en cada año por la implementación Tabla 30. Ahorros percibidos con la implementación (Valores en miles de pesos) Concepto

2012

2013

2014

2015

ďŽŶŽ

ϳϵϱ͘ϳϰϰ

ϳϵϱ͘ϳϰϰ

ϳϵϱ͘ϳϰϰ

ϳϵϱ͘ϳϰϰ

ŶĞƌŐşĂ

ϰϮϲ͘ϲϬϮ

ϰϳϱ͘ϵϳϱ

ϱϯϰ͘ϳϰϭ

ϱϵϴ͘ϰϵϱ

ϭ͘ϮϮϮ͘ϯϰϲ

ϭ͘Ϯϳϭ͘ϳϭϵ

ϭ͘ϯϯϬ͘ϰϴϱ

ϭ͘ϯϵϰ͘Ϯϯϵ

dŽƚĂů Fuente. Los autores

Con base en las consideraciones mencionadas anteriormente, se presenta a continuación el estado de resultados con la implementación de la propuesta en la tabla 31, la cual incrementa la cuenta de otros gastos por concepto de funcionamiento y mantenimiento de la propuesta, a su vez la cuenta de ingresos no operacionales también incrementa y por último el valor ahorrado en energía que se deja de pagar a CODENSA disminuye los costos de operación lo que hace que los ingresos operacionales aumenten.

 



ϵ͘ϭϲϭ͘ϰϴϵ ϱϬ͕ϭϱй

ϭ͘ϯϮϳ͘Ϯϳϰ ϳ͕Ϯϳй ϭϰ͘ϬϬϬ Ϭ͕Ϭϴй ϭ͘ϯϰϭ͘Ϯϳϰ ϳ͕ϯϰй

Resultado Operacional

KƚƌŽƐ/ŶŐƌĞƐŽƐ EŽŽƉĞƌĂĐŝŽŶĂůĞƐ ŝǀĞƌƐŽƐ dŽƚĂůŽƚƌŽƐŝŶŐƌĞƐŽƐ

ϲ͘ϯϴϱ͘ϲϳϰ ϯϰ͕ϵϲй

Utilidad Neta





ϳ͘ϭϬϱ͘Ϯϲϯ

ϵ͘ϱϯϬ͘ϴϱϳ ϱϮ͕ϭϳй ϯ͘ϭϰϱ͘ϭϴϯ ϭϳ͕ϮϮй

hƚŝůŝĚĂĚĂŶƚĞƐĚĞŝŵƉƵĞƐƚŽƐ /ŵƉƵĞƐƚŽĚĞZĞŶƚĂ;ϯϯйͿ

Fuente. Los autores

ϭϬ͘ϲϬϰ͘ϴϳϭ ϯ͘ϰϵϵ͘ϲϬϳ

ϵϳϭ͘ϵϬϲ ϱ͕ϯϮй ϵϳϭ͘ϵϬϲ ϱ͕ϯϮй

Ϯ͘ϲϬϮ͘ϴϰϰ ϭϰ͘ϱϲϭ Ϯ͘ϲϭϳ͘ϰϬϱ

ϵ͘ϳϵϲ͘ϵϭϯ

ϳ͘ϳϲϱ͘ϲϳϵ ϭϴϲϴϳϬϵ͕ϰϯ ϵ͘ϲϯϰ͘ϯϴϴ

ϰϴ͘ϰϮϳ͘ϳϬϮ ͲϮϴ͘ϵϵϲ͘ϰϬϬ ϭϵ͘ϰϯϭ͘ϯϬϭ

2012

ϯϭϴ͘ϱϲϴ ϰϴϬ͘ϬϬϬ ϭ͘ϬϭϬ͘ϴϳϵ ϭ͘ϴϬϵ͘ϰϰϳ

KƚƌŽƐ'ĂƐƚŽƐ /ŵƉůĞŵĞŶƚĂĐŝŽŶĚĞůĂƉƌŽƉƵĞƐƚĂ &ƵŶĐŝŽŶĂŵŝĞŶƚŽLJDĂŶƚĞŶŝŵŝĞŶƚŽĚĞůĂƉƌŽƉƵĞƐƚĂ EŽŽƉĞƌĂĐŝŽŶĂůĞƐ dŽƚĂůŽƚƌŽƐŐĂƐƚŽƐ

ϳ͘ϯϯϵ͘ϵϲϭ ϰϬ͕Ϯй ϭϳϲϲϮϲϲ ϵ͕ϳй ϵ͘ϭϬϲ͘ϮϮϳ ϰϵ͕ϴϱй

ϰϲ͘Ϭϳϳ͘ϳϯϳ ͲϮϳ͘ϴϭϬ͘ϬϮϭ ϭϴ͘Ϯϲϳ͘ϳϭϲ

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Total Ingresos Operacionales

/ŶŐƌĞƐŽƐKƉĞƌĂĐŝŽŶĂůĞƐ ^ĂĐƌŝĨŝĐŝŽLJĨĂĞŶĂĚŽĚĞŐĂŶĂĚŽǀĂĐƵŶŽLJƉŽƌĐŝŶŽ ŽƐƚŽĚĞǀĞŶƚĂƐLJĚĞƉƌĞƐƚĂĐŝſŶĚĞƐĞƌǀŝĐŝŽƐ

2011

ϯϲ͕ϱϳй

ϱϰ͕ϱϴй ϭϴ͕Ϭϭй

ϭ͕ϲϰй Ϯ͕ϰϳй ϱ͕ϮϬй ϵ͕ϯϭй

ϭϯ͕ϰϬй Ϭ͕Ϭϳй ϭϯ͕ϰϳй

ϱϬ͕ϰϮй

ϰϬ͕Ϭй ϵ͕ϲй ϰϵ͕ϱϴй

%

ϴ͘ϮϵϮ͘ϰϲϱ

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ϰϵϴ͘ϰϯϮ ϭ͘Ϭϰϵ͘ϲϵϳ ϭ͘ϱϰϴ͘ϭϮϵ

Ϯ͘ϳϬϱ͘ϮϮϴ ϭϱ͘ϭϮϭ Ϯ͘ϳϮϬ͘ϯϰϵ

ϭϭ͘ϮϬϰ͘ϱϵϰ

ϴ͘ϭϭϯ͘ϴϭϰ ϭϵϱϮϰϴϯ͕ϲϳ ϭϬ͘Ϭϲϲ͘Ϯϵϴ

ϱϭ͘Ϭϵϭ͘ϮϮϱ ͲϮϵ͘ϴϮϬ͘ϯϯϰ Ϯϭ͘ϮϳϬ͘ϴϵϭ

2013

ϯϴ͕ϵϵй

ϱϴ͕ϭϵй ϭϵ͕ϮϬй

ϰ͕ϵϯй ϳ͕Ϯϴй

ϭϮ͕ϳϮй Ϭ͕Ϭϳй ϭϮ͕ϳϵй

ϱϮ͕ϲϴй

ϯϴ͕ϭй ϵ͕Ϯй ϰϳ͕ϯϮй

%

ϵ͘ϮϮϴ͘ϴϳϳ

ϭϯ͘ϳϳϰ͘ϰϰϰ ϰ͘ϱϰϱ͘ϱϲϲ

ϱϭϴ͘ϬϮϬ ϭ͘ϬϵϬ͘ϵϱϬ ϭ͘ϲϬϴ͘ϵϳϭ

Ϯ͘ϴϮϬ͘ϯϯϬ ϭϱ͘ϳϭϱ Ϯ͘ϴϯϲ͘Ϭϰϱ

ϭϮ͘ϱϰϳ͘ϯϲϵ

ϴ͘ϱϬϬ͘Ϯϳϱ ϮϬϰϱϰϴϬ͕ϰϳ ϭϬ͘ϱϰϱ͘ϳϱϲ

ϱϯ͘ϳϵϵ͘ϬϲϬ ͲϯϬ͘ϳϬϱ͘ϵϯϱ Ϯϯ͘Ϭϵϯ͘ϭϮϱ

2014

%

ϯϵ͕ϵϲй

ϱϵ͕ϲϱй ϭϵ͕ϲϴй

ϰ͕ϳϮй ϲ͕ϵϳй

ϭϮ͕Ϯϭй Ϭ͕Ϭϳй ϭϮ͕Ϯϴй

ϱϰ͕ϯϯй

ϯϲ͕ϴй ϴ͕ϵй ϰϱ͕ϲϳй

Tabla 31. Estado de resultados con implementación de la propuesta (valores en miles de pesos) 



ϭϬ͘ϮϮϵ͘ϰϰϬ

ϭϱ͘Ϯϲϳ͘ϴϮϭ ϱ͘Ϭϯϴ͘ϯϴϭ

ϱϯϴ͘ϭϮϬ ϭ͘ϭϯϯ͘Ϯϳϵ ϭ͘ϲϳϭ͘ϯϵϵ

Ϯ͘ϵϰϭ͘ϴϵϭ ϭϲ͘ϯϮϱ Ϯ͘ϵϱϴ͘Ϯϭϲ

ϭϯ͘ϵϴϭ͘ϬϬϰ

ϴ͘ϵϮϲ͘ϴϭϵ ϮϭϰϴϭϮϮ͕ϲϴ ϭϭ͘Ϭϳϰ͘ϵϰϮ

ϱϲ͘ϳϬϰ͘ϮϬϵ Ͳϯϭ͘ϲϰϴ͘Ϯϲϰ Ϯϱ͘Ϭϱϱ͘ϵϰϱ

2015

ϰϬ͕ϴϯй

ϲϬ͕ϵϯй ϮϬ͕ϭϭй

ϰ͕ϱϮй ϲ͕ϲϳй

ϭϭ͕ϳϰй Ϭ͕Ϭϳй ϭϭ͕ϴϭй

ϱϱ͕ϴϬй

ϯϱ͕ϲй ϴ͕ϲй ϰϰ͕ϮϬй

%

  5.4.2 Flujo de caja El objetivo fundamental del flujo de caja es apreciar, por período, el resultado neto de ingresos de dinero menos giros de dinero, es decir, en qué período va a sobrar o a faltar dinero, y cuánto, a fin de tomar decisiones sobre qué se hace. Al igual que el estado de resultados, se presenta un flujo de caja proyectado tanto para la situación actual como para la posible implementación, teniendo en cuenta las cifras obtenidas en los estados de resultados. La tabla 32 presenta el flujo de caja proyectado para el frigorífico Guadalupe. Tabla 32. Flujo de caja sin implementación de la propuesta (Valores en miles de pesos) Año 0

2012

2013

2014

2015

ϭϵ͘ϬϬϰ͘ϲϵϵ ϭϵ͘ϬϬϰ͘ϲϵϵ

ϮϬ͘ϯϰϵ͘ϭϵϬ ϮϬ͘ϯϰϵ͘ϭϵϬ

Ϯϭ͘ϱϵϮ͘ϳϴϮ Ϯϭ͘ϱϵϮ͘ϳϴϮ

ϮϮ͘ϴϴϭ͘ϴϮϬ ϮϮ͘ϴϴϭ͘ϴϮϬ

ϴ͘ϭϵϯ͘ϰϰϴ ϳ͘ϳϲϱ͘ϲϳϵ ϭ͘ϴϲϴ͘ϳϬϵ ϭ͘Ϭϲϲ͘ϳϵϬ ϯϳϰ͘ϭϱϬ

ϴ͘ϲϮϱ͘ϯϱϴ ϴ͘ϭϭϯ͘ϴϭϰ ϭ͘ϵϱϮ͘ϰϴϰ ϭ͘Ϭϲϲ͘ϳϵϬ ϯϳϰ͘ϭϱϬ

ϵ͘ϭϬϰ͘ϴϭϲ ϴ͘ϱϬϬ͘Ϯϳϱ Ϯ͘Ϭϰϱ͘ϰϴϬ ϭ͘Ϭϲϲ͘ϳϵϬ ϯϳϰ͘ϭϱϬ

ϵ͘ϲϯϰ͘ϬϬϮ ϴ͘ϵϮϲ͘ϴϭϵ Ϯ͘ϭϰϴ͘ϭϮϯ ϭ͘Ϭϲϲ͘ϳϵϬ ϯϳϰ͘ϭϱϬ

ϭϬ͘ϴϭϭ͘Ϯϱϭ

ϭϭ͘ϳϮϯ͘ϴϯϮ

ϭϮ͘ϰϴϳ͘ϵϲϲ

ϭϯ͘Ϯϰϳ͘ϴϭϴ

KdZK^/E'Z^K^

ϭ͘ϯϵϱ͘Ϭϱϵ

ϭ͘ϰϰϴ͘ϲϮϵ

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KdZK^'^dK^

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Fuente. Los autores

La tabla 33 presenta el flujo de caja proyectado con los valores de la implementación de la propuesta, tanto los valores de inversión e implementación como los de afectación de los gastos e ingresos.

 

  Tabla 33. Flujo de caja con implementación de la propuesta (Valores en miles de pesos) Año 0

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2012

2013

2014

2015

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Fuente. Los autores Al final del ejercicio y comparando los flujos de caja con y sin los valores de implementación se observa el mayor flujo de capital con la propuesta, esto se da porque los ingresos operacionales son mayores con la propuesta dado el efecto causado por la disminución en los costos de operación. Por otra parte también es importante anotar la variación significativa en los otros ingresos, donde el incremento obedece a aproximadamente el 87% a favor. Con la información anterior se procede a determinar el flujo de caja real, por medio del flujo de caja diferencial donde se hace comparación de los dos resultados, el flujo de caja sin implementación y el flujo con implementación.

 

  Tabla 34. Flujo de caja diferencial (valores en miles de pesos) Flujo de caja diferencial Año 0 2012 2013 2014 2015 -318.568 8.546.205 9.733.406 10.669.818 11.670.380 0 7.500.939 8.122.252 8.644.726 9.164.605 -318.568 1.045.266 1.611.154 2.025.092 2.505.775 Fuente. Los autores Con base en la información anterior se procede a realizar la evaluación financiera, donde se calcula el VPN y la TIR. Tabla 35. Evaluación financiera TASA DE OPORTUNIDAD 3% VPN 6.294.515 TIR Fuente. Los autores

8% 5.479.979 371%

10% 5.196.166

Con el fin de determinar si la inversión en el proyecto maximiza la inversión, se calculó el VPN en tres escenarios diferentes (3%, 8% y 10%). Es así como se evidencia que en los tres posibles escenarios tiene rentabilidad. El cálculo de la TIR permite evaluar la viabilidad del proyecto, para este caso se obtuvo una tasa interna de retorno del capital del 371%, que se traduce en una excelente opción de inversión. Figura 20. Gráfica VPN

Fuente. Los autores

 

 

El grafico anterior representa los tres escenarios del VPN frente a la TIO o tasa de oportunidad. A continuación se presenta la relación Costo – Beneficio, tomando para un VPN la TIO de 10%, y una inversión inicial de $318.568 (valores en miles). Es importante tener en cuenta que se trabajará para este cálculo con una tasa de inversión TIO de 20% estimada por los autores, se obtiene: Tabla 36. Relación Beneficio – Costo del proyecto BENEFICIO COSTO VPN 5.196.166.000 INVERSION 318.568.000 TIO 20% RELACION BENEFICIO COSTO 81,55 Fuente. Los autores Los resultados obtenidos en el cálculo costo beneficio, representa que por cada peso que se invierta en el proyecto se pueden obtener ganancias de 81,55, es decir que, con la inversión de $318.568.000 se obtendrían $25’979.220.400.

 

  6. CONCLUSIONES La propuesta de diseño de dos digestores tipo Plug Flow y tipo CIPAV para el tratamiento de excretas de 1.364 porcinos y 1.408 vacunos respectivamente, generadas en los frigoríficos de Bogotá, es viable debido a: •

Es posible la construcción de digestores a baja, mediana y gran escala para el tratamiento de residuos orgánicos, ya que tecnológicamente la construcción no es un proceso complejo porque la eficiencia en la generación del efluente depende directamente de la interacción de los factores que afectan la digestión anaerobia y no de los sistemas de control o de automatización.

•

Se protege al medio ambiente ya que se presenta una remoción de la DBO y los sólidos suspendidos totales (SST) en un 60 – 90%. Adicionalmente con la implementación de estos reactores se disminuyen significativamente los impactos ambientales al aprovechar la materia orgánica y reincorporarla al proceso en forma de energía y disminuyendo la utilización de combustibles fósiles.

•

Para efectos en el desarrollo del proyecto fue necesario realizar tratamiento anaerobio a las excretas de los vacunos y los porcinos de forma separada, debido en gran parte en la diferencia en el parámetro de relación carbono nitrógeno C/N, para evitar posibles inconvenientes en cuanto al rendimiento de biogás.

•

A pesar que las heces y la orina de los cerdos es mucho menor, debido al peso promedio de 150 kg con que es sacrificado Vs 400 kg de vacuno, cabe mencionar que como consecuencia precisamente en la relación C/N mencionada anteriormente; el estiércol de cerdo requiere menos tiempo e interacción de las bacterias anaerobias para obtener biogás.

•

La cantidad de biogás producida diariamente es suficiente para suplir todas las necesidades energéticas básicas de operación de equipos de un frigorífico, convirtiéndose en un proceso energéticamente sostenible.

•

Los ingresos generados por la producción y venta de abono orgánico resultante de la digestión anaeróbica de la materia orgánica cargada en el biodigestor, representan un valor importante que no se percibe actualmente y que suma al ROI del proyecto.

 

  7. RECOMENDACIONES Se recomienda evaluar los beneficios económicos y ambientales que se obtendrían de la implementación y puesta en marcha de los biodigestores propuestos para el tratamiento de la materia orgánica generada, ya que la inversión inicial se recupera al cabo de los seis meses de operación. En caso de implementarse la propuesta, es importante tener en cuenta que para el tratamiento del estiércol y orina de los vacunos y porcinos, éste se debe realizar de forma separada, debido a la diferencia en el parámetro relación carbono nitrógeno que presentan, otra razón fundamental es el alto contenido de humedad que presentan las excretas de los porcinos. Además no se pueden agregar al proceso de digestión aguas que se generan en el proceso de lavado con detergentes y/o desinfectantes, ya que podría ser fatal para las bacterias y afectarían la eficiencia en el tratamiento. En caso de seguir con la disposición actual que se le está dando a las excretas, es importante que el almacenamiento de las mismas, se realice por un periodo no mayor a tres días, esto con el fin de evitar la proliferación de olores y vectores de enfermedad y presencia de roedores en la zona. Además hacer seguimiento a la disposición final que le está dando el tercero a las excretas, esto con el fin de garantizar que no se esté causando daño al medio ambiente. Con una implementación de la propuesta, se recomienda evaluar técnica y económicamente la posibilidad de importar de los municipios aledaños excretas bovinas y porcinas para aumentar la capacidad del digestor y por ende la generación de biogás. Sería de gran importancia difundir la información de posibles implementaciones de esta tecnología en otros sectores donde se pueda aprovechar materia orgánica, además de ser una buena opción para suplir un consumo energético también ayuda a la disminución de residuos, baja la carga contaminante en cuerpos de agua, sirve para generar sustratos como el bioabono benéficos para otro sector y por último disminución del efecto invernadero. Se recomienda crear conciencia a través de talleres y capacitaciones a todo el personal de las empresas que realicen labores cerca de los cuerpos de agua, y explicar los impactos ambientales de sus procesos y los daños causados por ellos mismos, además las diferentes alternativas de minimización y bajos costos de implementación. Es de vital importancia incentivar el seguimiento por parte de los entes de control gubernamental en cuanto al cumplimiento de leyes y alternativas de mitigación de impactos ambientales en el sector.  

  En caso de implementarse la propuesta, ofrecemos nuestros servicios como asesores para garantizar el seguimiento, control y ejecución de la misma.

 

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Generalidades.

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  ANEXOS

Anexo A. Componentes básicos para el diseño de una planta de sacrificio y faenado Aspecto

Aspectos de localización y planta física

Aspectos sanitarios

Aspectos ambientales

Componentes 1. Localización de acuerdo con el uso del suelo y el POT 2. Instalaciones locativas, áreas de dotación básica s/n Decreto 2278/82 y 1031/91 a. Áreas de protección sanitaria b. Vías de acceso y zona de cargue y descargue. c. Corrales de sacrificio. Ingreso e inspección A. mortem d. Salas de sacrificio según especie e. Red aérea para sacrificio según especie f. Área de proceso de vísceras blancas y rojas g. Área de subproductos (Cabezas, patas, pieles, cebos, etc.) h. Área oreo cuarto frío i. Áreas de decomisos j. Estercolero k. Planta de tratamiento de aguas de desecho sólidos y líquidos – Eficiencia y grado de tratamiento. l. Oficinas de administración, inspección y sanitarias m. Tanque de almacenamiento de agua. 1. Cuarentena de animales 2. Baño de animal 3. Proceso de sacrificio (aturdimiento) 4. Faenado en red aérea 5. Equipos de sacrificio apropiados 6. Control ante y post mortem: Inspección según FAO y OMS 7. Manipulación e higiene de la carne 8. Personal entrenado y en buen estado de salud 9. Dotación al personal según lo establece el código de salud 10. Separación de áreas sucias y limpias Evaluar el impacto negativo de la actividad sobre el agua, el suelo, aire, fauna, flora y al entorno ambiental y social con énfasis en: 1. El consumo de agua–producción de agua residual. 2. Fuente receptora de agua residual. 3. Generación y manejo de vectores en las instalaciones (gallinazos, ratas, moscas, etc.) 4. Disposición final de subproductos y residuos del tratamiento de los desechos. 5. Número de animales sacrificados – semana , especie 6. Carga de residuos generados día/semana.

Aspectos legales

1. Cumplimiento con las normas que regulan y controlan la actividad de sacrificio y faenado de ganado Ley 9/79 Decreto 2278/82; 1036/91; Ley 99/93; Decreto 1075/94, 1594/84. Decreto 2820 de 2010, Resolución 605 de 1996 2. Si se tiene expediente Nª ___________ 3. Si se tiene licencia ambiental para funcionamiento 4. Cédula catastral del predio

Fuente. Guía ambiental para las plantas de beneficio del ganado, 2002.  

  Anexo B. Diagnóstico nacional mataderos clases III– IV- mínimos y planchones Descripción Número total de mataderos funcionamiento tipo de propiedad

Distribución

%

Distribución

%

1311

100

NO: 223

17

si:1088pública: 1219

93

PRIVADA: 85

6,5

mixta: 7

0,5

urbana: 970

74

RURAL: 341

26

si:773

59

NO: 538

41

electricidad: 1153

88

otro:132

10

ACPM: 26

2

acueducto: 957

73

TANQUE: 223

17

pozo:52

4

OTRO: 79

6

Con trat. si: 13

1

SIN TRAT. NO: 1298

99

93 Ubicación En zona productora de ganado Fuente de energía Abastecimiento de agua

directo Tratamiento de aguas residuales

cuerpo agua:616 alcantarillado

Disposición residuos sólidos Volumen sacrificio/día Rangos sacrificio/día bovinos

47 28

TANQUE SÉPTICO:66 CAMPO ABIERTO:236

5 18

laguna oxidac: 13

1

OTRO:13

1

Recol. municip: 524

40

OTRO: 787

60

82

ENTRE 11-20:118

bovinos: 8143 entre 1-10: 1075

PORCINOS:2375 9

entre 21- 50:52

4

MAS DE 50:13

1

Cerco perimetral

si:367

28

NO: 44

72

Red aérea sacrificio bovinos

si:249

19

NO: 1062

81

red aérea sacrificio porcinos

si:105

8

SI:1206

92

Estiercolero

si:197

15

SI:1114

85

Inspección sanitaria Destino sangre

Destino contenido ruminal

Destinos decomisos

si:787

60

SI:524

40

consumo humano: 853

65

CONSUMO HUMANO: 853

1

no la utilizan: 433

33

NO LA UTILIZAN: 433

1

directo fuente agua:48

37

CAMPO ABIERTO: 616

47

enterramiento: 26

2

OTRO:13

1

uso industrial:26

2

pozo séptico:39

3

CAMPO ABIERTO: 184

14

enterramiento: 419

32

NO SE REALIZA: 644

49

uso industrial:0

0

Proyecto nuevo matadero

si:301

23

NO:1010

77

Rubro presupuestal

si:563

43

NO:748

57

Fuente. Guía ambiental para las plantas de beneficio del ganado, 2002.  

 

  Anexo C. Normatividad aplicable al sector. Parámetro Evaluado

Normatividad Ley 373 d 1997: Fija obligaciones sobre ahorro y uso eficiente de agua a quienes administran y/o usan el recurso hídrico Decreto 1594 de 1.984. Reglamenta los usos del agua y el manejo de los residuos líquidos Decreto 901 de 1.997. Por medio del cual se reglamenta las tasas retributivas por la utilización directa o indirecta del Agua como receptor del agua como receptor de los vertimientos puntuales y se establecen las tarifas de éstas. Decreto 1541 de 1978: Establece todo lo relativo a permiso para aprovechamiento o concesión de aguas, normas específicas para los diferentes usos dados a l recurso hídrico. Decreto 1575 de 2007. Por el cual se establece el sistema para la protección y control de la calidad del agua para consumo humano. Decreto 3100 de 2003: Por medio del cual se reglamentan las tasas retributivas por la utilización directa del agua como receptor de los vertimientos puntuales y se toman otras determinaciones

Uso del agua y aguas residuales

Decreto 3930 de 2010: Por el cual se reglamenta parcialmente el Título I de la Ley 9ª de 1979, así como el Capítulo II del Título VI -Parte III- Libro II del Decreto-ley 2811 de 1974 en cuanto a usos del agua y residuos líquidos y se dictan otras disposiciones. Resolución 273 del 1 de abril de l997 Por el cual se establecen las tarifas mínimas de las tasas retributivas por vertimientos líquidos para los parámetros, demandas bioquímicas de oxígeno (DBO) y sólidos suspendidos totales (SST). Resolución 372 del 6 de mayo de 1998 Por la cual se actualizan las tarifas mínimas de las tasas retributivas por vertimientos líquidos y se dictan disposiciones. Resolución 339 de 1999: Por la cual se adopta el sistema de clasificación empresarial por el impacto sobre el recurso hídrico denominado "Unidades de Contaminación Hídrica - UCH-" para la jurisdicción del DAMA Resolución 3956 DE 2009: Por la cual se establece la norma técnica, para el control y manejo de los vertimientos realizados al recurso hídrico en el Distrito Capital Resolución 1508 DE 2010. Por la cual se establece el procedimiento para el recaudo de los recursos provenientes de las medidas adoptadas por la Comisión de Regulación de Agua Potable y Saneamiento Básico para promover el uso eficiente y ahorro del agua potable y desestimular su uso excesivo y su respectivo giro al Fondo Nacional Ambiental (Fonam). Resolución 3957 DE 2009: Por la cual se establece la norma técnica, para el control y manejo de los vertimientos realizados a la red de alcantarillado público en el Distrito Capital Decreto 948 de 1.995. Define el marco de las acciones y mecanismos administrativos de que disponen las autoridades ambientales para mejorar y preservar la calidad del aire y reducir el deterioro ocasionado al medio ambiente y a la salud humana por la emisión de contaminantes al aire y procurar bajo el principio de desarrollo sostenible elevar la calidad de vida de la población. Resolución 898 de 1.995 Por la cual se regulan los criterios ambientales de calidad de los combustibles líquidos y sólidos utilizados en hornos y calderas de uso comercial e industrial y en motores de combustión interna de vehículos automotores.

Aire

Resolución 1351 de 1.995. Por medio de la cual se adopta la declaración denominada Informe de Estado de Emisiones (IE-1). Resolución 1619 de 1.995. Por la cual se desarrolla parcialmente los Artículos 97 y 98 del Decreto 948 de 1.995 (modificado por el Decreto 2107 del 30 de Noviembre de 1.995). Resolución 619 de 1.997. Por la cual se establecen parcialmente los factores a partir de los cuales se requiere permiso de emisión atmosférica para fuentes fijas. Resolución 0601 de 2006: Por la cual se establece la Norma de Calidad del Aire o Nivel de Inmisión, para todo el territorio nacional en condiciones de referencia Resolución 0909 DE 2008: Por la cual se establecen las normas y estándares de emisión admisibles de contaminantes a la atmósfera por fuentes fijas y se dictan otras disposiciones

 

 

Anexo C. (Continuación) Parámetro evaluado

Normatividad Resolución 6982 DE 2011. Por la cual se dictan normas sobre prevención y control de la contaminación atmosférica por fuentes fijas y protección de la calidad del aire.

Aire

Resolución 0775 de 2.000. Por la cual se deroga la Resolución No. 509 del 8 de Marzo del 2.000 del DAMA y se adopta el sistema de clasificación empresarial por el impacto sobre el componente atmosférico denominado “Unidades de Contaminación Atmosférica UCA” para la Jurisdicción del DAMA. Resolución 0627 de 2006: Por la cual se establece la norma nacional de emisión de ruido y ruido ambiental

Ruido

Resolución 832 de 2.000. Por la cual se adopta el sistema de clasificación empresarial por el impacto sonoro sobre el componente atmosférico, denominado “Unidades de Contaminación por Ruido UCR- para la jurisdicción del DAMA. Decreto 2858 de 1981: Por el cual se reglamenta parcialmente el [Artículo 56 del Decreto-Ley 2811 de 1974] y se modifica el [Decreto 1541 de 1978 Decreto 2278 de Agosto 2 de 1982: “por el cual se reglamenta parcialmente el título V de la Ley 09 de 1979 en cuanto al sacrificio de animales de abasto o para consumo humano, y el procesamiento, transporte y comercialización de su carne”. Decreto 3075 de 1997: Reglamentación para las edificaciones e instalaciones de plantas de sacrificio y para la aplicación de sistema HACCP, para el aseguramiento de la calidad Minsalud Decreto 60 de 2002 Por el cual se promueve la aplicación del sistema de HACCP y se reglamente el proceso de certificación

Mataderos

Decreto 1036 del 18 de abril de 1991: Por el cual se subroga el Capítulo I del Título I del Decreto 2278 de 1982: “de la clasificación de los mataderos y sus requisitos Decreto 2372 DE 2010.Por el cual se reglamenta el Decreto-ley 2811 de 1974, la Ley 99 de 1993, la Ley 165 de 1994 y el Decreto-ley 216 de 2003, en relación con el Sistema Nacional de Áreas Protegidas, las categorías de manejo que lo conforman y se dictan otras disposiciones. Resolución 02309 de 1986 Por la cual se dictan normas para el cumplimiento del contenido del Título III de la Parte 4ª. Del Libro 1º del Decreto-Ley N. 2811 de 1974 y de los títulos I, III y XI de la Ley 09 de 1979, en cuanto a Residuos especiales Resolución 00318 de 1999 Ministerio de Agricultura. Por el cual se deroga la resolución 047 de 1982 y la existencia del comité de precios en las cabeceras municipales. Ley 9 de 1.979. Ley Sanitaria (In Salud). Control de descarga de residuos sólidos y materiales que puedan afectar las condiciones sanitarias del medio ambiental. Ley 430 de 1998: Reglamenta en materia ambiental lo referente a desechos peligrosos y se dictan otras disposiciones.

Residuos

Decreto 2333 de 1982: Reglamenta el título V de la ley 09, en materia de condiciones de las fabricas, depósitos y expendios de alimentos, transporte y distribución Decreto 605 de 1.996 y Decreto 1713 de 2002: Reglamenta la Ley 142 de 1994 y la Ley 99 y Decreto 1713 de 2002 de 1993. En cuanto al manejo, transporte, aprovechamiento y disposición final de residuos sólidos. Resolución 189 de junio de 1994 Por el cual se dictan regulaciones para impedir la introducción al territorio nacional de residuos peligrosos.

Uso del suelo

Ley 388 de 1997: Reglamenta mecanismos que permiten al municipio, en ejercicio de su autonomía, promover el ordenamiento de su territorio, el uso equitativo y racional del suelo, la preservación y defensa del patrimonio ecológico y cultural localizado en su ámbito territorial.

 

  Anexo C. (Continuación) Parámetro evaluado

Normatividad Ley 491 de 1999: Por la cual se establece el seguro ecológico, se modifica el código penal y se dictan otras disposiciones.

Otras normas

Decreto 1500 DE 2007: Por el cual se establece el reglarnento técnico a través del cual se crea el Sistema Oficial de Inspección, Vigilancia y Control de la Carne, Productos Cárnicos Comestibles y Derivados Cárnicos, destinados para el Consumo Humano y los requisitos sanitarios y de inocuidad que se deben cumplir en su producción primaria, beneficio, desposte, desprese, procesamiento, almacenamiento, transporte, comercialización, expendio, importación o exportación. Decreto 2820 DE 2010. Por el cual se reglamenta el Título VIII de la Ley 99 de 1993 sobre licencias ambientales. Decreto 2333 DE 1982 Reglamenta el título V de la ley 09 , en materia de condiciones de las fabricas, depósitos y expendios de alimentos transporte y distribución Decreto 1669 DE 2002: Por el cual se modifica parcialmente el Decreto 2676 de 2000

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